[发明专利]一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料及其制备方法

说明书

本发明一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料，其特点是：它由两股并行的纳米纤维组成，所述第一股纳米纤维由主压电材料和溶剂组成，所述第二股纳米纤维由导电材料、电阻材料、掺杂剂、氧化剂和溶剂组成。制备过程包括：1)制备第一纺丝液；2)导电材料和掺杂剂溶于溶剂中；3)加入电阻材料，得到溶液一；4)将氧化剂溶于溶剂中，得到溶液二；5)溶液二注入溶液一，即为第二纺丝液；6)将第一纺丝液和第二纺丝液分别注入并行静电纺丝装置中进行纺丝，即可获得集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料。本发明利用导电材料和电阻材料构筑纳米电阻网络，压电材料作为功能材料，实现柔性Janus纳米纤维集成式压电传感材料的构筑。

技术领域：

本发明属于功能纳米材料技术领域，具体涉及柔性纳米压电传感材料，是一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料及其制备方法。

背景技术：

微型化是未来传感器发展的必然方向，国内传感器市场持续快速增长，年均增长速度超过20％，2016年达到1126亿元。近年来，柔性传感器以其高灵敏度、高准确度、高灵活性和工作范围大等优点，在机器人、可穿戴电子设备、声表面滤波器和生物医学等领域受到人们的广泛关注。

但是，目前柔性传感器常采用三明治式夹层结构，即在压电材料上下表面分别加上导电层电极。但是这种三明治式夹层结构传感器具有柔性差，难以小型化的缺点，而且存在着功能材料与导电层电极分离的隐患。更重要的是，导电层电极的二次合成工艺增加了器件的尺寸、成本和制备复杂性。因此迫切需要探索新策略来开发柔性集成压电材料来解决以上的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述现有技术的不足，提出了一种新的压电材料与纳米电阻网络同步构筑策略，提供一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案之一是：一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料，其特征是：它由两股并行的纳米纤维组成，所述第一股纳米纤维由重量份比的下述材料组成：50份主压电材料和400份溶剂，所述第二股纳米纤维由重量份比的下述材料组成：2份～16份导电材料、20份电阻材料、2.5份～20份掺杂剂、5份～40份氧化剂和120份溶剂。

进一步，所述第一股纳米纤维能够添加辅助压电材料，第一股纳米纤维由重量份比的下述材料组成：0份～35份辅助压电材料、50份主压电材料和400份溶剂，辅助压电材料不包括0份。

进一步，所述主压电材料为压电高分子材料，包括高分子聚丙烯腈PAN、高分子聚偏氟乙烯PVDF及其复合物。

进一步，所述辅助压电材料为压电陶瓷纳米颗粒，包括钛酸钡或氧化锌或锆钛酸铅或压电陶瓷颗粒的复合物。

进一步，所述导电材料为导电聚合物聚苯胺PANI、聚吡咯、聚噻吩或金属纳米颗粒与导电聚合物的复合物。

进一步，所述电阻材料为高分子聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA。

进一步，所述氧化剂为过硫酸铵或三氯化铁。

进一步，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF或氯仿。

本发明所采用的技术方案之二是：一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料的其制备方法，其特征是：包括以下步骤：

1)将主压电材料和辅助压电材料在磁力搅拌的条件下加入溶剂中，继续搅拌12h，即为第一纺丝液；所述第一纺丝液为构成第一股纳米纤维的原料；

2)将导电材料和掺杂剂溶于溶剂中；

3)在步骤2)获得的溶液中加入电阻材料，室温下搅拌均匀，置于4℃条件下静置2h，得到溶液一；

4)将氧化剂溶于溶剂中，得到溶液二；