[发明专利]一种基于P3HTBR复合膜的“三明治”型传感器制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种基于P3HT/BR复合膜的“三明治”型传感器制备方法及应用。该方法将P3HT加入氯仿溶液中，完全溶解后加入BR，混均得到预溶液；将预溶液倒入玻璃皿中，置于通风橱中待溶剂完全蒸发后得到P3HT/BR复合膜，能够有效地耗散加载的应力，力学性能良好，同时具有很好的黏附性。通过薄膜旋涂仪将PDMS、2‑羟基‑4'‑（2‑羟乙氧基）‑2‑甲基苯丙酮和1,6‑双（三甲氧基硅烷基）己烷制备的疏水涂层引入到P3HT/BR复合膜表面，经紫外光照射完成聚合反应得到一种表面疏水的P‑P3HT/BR复合膜。P3HT/BR复合膜作为支撑层，表面涂覆一层镓铟液态金属作为导电层，以及P‑P3HT/BR复合膜作为封装层经过层层堆叠得到一种基于P3HT/BR复合膜的“三明治”型传感器。本发明所得传感器相较于普通传感器具有更高的导电性能。

技术领域

本发明属于材料学领域，具体涉及一种基于P3HTBR复合膜的“三明治”型传感器制备方法及应用。

背景技术

薄膜复合材料是由导电性的填料分散到高分子中制备具有化学结构稳定的薄膜聚合物。一些弹性体与导电聚合物通过物理共混制备的导电复合薄膜具有优良的柔韧性、良好的机械性能、轻质和易于获得的特点。目前，导电聚合物薄膜已广泛应用于能源、电子及生物学领域，包括在太阳能电池、固体电容器、电磁屏蔽材料、传感器、电极材料等。由于导电聚合物薄膜成本高，环境稳定性不够良好，特别是掺杂材料在空气中的氧化稳定性以及加工成形性和机械性能的问题，使其在智能材料领域中的实际应用受到诸多限制。基于此，通过引入高导电性的液态金属和构建紫外光引发的疏水涂层构建三明治型薄膜结构来解决上述问题，产生具有低成本，高导电和高环境稳定性等多样化性能的功能化聚合物薄膜受到了研究者越来越多的关注。

迄今为止，具有高力学性能，电学性能，环境稳定性以及电学传感的功能化聚合物薄膜引起了研究者们的极大兴趣。例如，导电性聚合物薄膜应用于柔性电极、传感器和可穿戴设备（Han, et al. Advanced Functional Materials 2021, 31(16): 2010155）。聚合物薄膜主要缺点是力学性能与电学性能差，环境稳定性低，而较高的可拉伸性，良好的导电性和疏水性是实现柔性可穿戴产品在水生环境中使用的关键要素。为此，CN110218346A公开了一种由聚（环氧乙烷）、N,N-二甲基甲酰胺和导电聚合物聚（3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐）组成的导电聚合物薄膜，这种导电聚合物薄膜具有出色的柔韧性与高导电性。CN104616836A公开了一种由导电聚合物薄膜聚氨酯、金纳米粒子组成，制备的导电聚合物薄膜拥有良好的拉伸强度和电导率。然而，该导电聚合物薄膜制备过程复杂，成本高，缺乏电学传感功能，从而使其在柔性可穿戴技术等应用范围受限。为此，开发一种监测人体生理信号并且具有整合优异性能的功能化导电聚合物薄膜在柔性材料方面有很大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于P3HTBR复合膜的“三明治”型传感器制备方法及应用，合成的聚合物薄膜具有柔韧性和优异的力学性能，并且表面具有疏水性，能够保持其在水环境中良好的导电能力，以及应变传感性能，有望成为柔性电子材料应用于某些极端环境下的可穿戴式设备、柔性电极、电子皮肤等领域。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于P3HT/BR复合膜的“三明治”型传感器制备方法，包括如下步骤：

（1）将氯仿、聚（3-己基噻吩）P3HT和丁基橡胶BR按预定的质量比在搅拌的作用下溶解反应；

（2）将步骤（1）中得到的溶液倒入玻璃皿中，在通风橱中静置预定的时间至溶剂完全挥发得到P3HT/BR复合膜；

（3）将预定比例聚二甲基硅氧PDMS和2-羟基-4'-（2-羟乙氧基）-2-甲基苯丙酮加入到1,6-双（三甲氧基硅烷基）己烷中，加料结束后避光在超声中持续反应预定的时间，经处理后得到疏水化合物；

（4）将步骤（3）得到的疏水化合物用旋转镀膜仪在室温下对P3HT/BR复合膜进行旋转镀膜，处理结束后在暗箱式紫外分析仪中照射预定的时间，得到表面具有均匀疏水涂层的P-P3HT/BR复合膜；