[发明专利]一种柔性可拉伸的多功能纳米纤维传感器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种柔性可拉伸的多功能纳米纤维传感器及其制备方法，以静电纺掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜作为柔性基体，通过原位聚合的方法在掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维表面原位聚合导电聚合物聚噻吩，制备得到具有皮芯结构的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩纳米纤维膜，通过在纳米纤维膜表面复合带有导电铜丝的凝胶膜制备得到柔性可拉伸的多功能纳米纤维传感器，可用于压力、拉伸和弯曲等多重机械刺激环境的检测，并显示了超高的灵敏度和较宽的传感范围。在人体监测系统中，不仅能够实时监测脉搏、心跳、肌肉群震动等人体健康生理指标，而且能够探测人体的全范围运动包括面部表情、大小关节的运动。

主权项

1.一种柔性可拉伸的多功能纳米纤维传感器的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）将二甲基甲酰胺和四氢呋喃按照质量比1:1‑0.1配置得到混合溶剂，将氧化石墨烯粉末加入混合溶剂中，常温下超声分散3‑8 h得到均匀的氧化石墨烯溶液，然后加入聚氨酯颗粒，常温下磁力搅拌5‑15 h得到掺杂氧化石墨烯的聚氨酯溶液；（2）将步骤（1）中所得的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯溶液作为纺丝溶液，转移至注射器中进行静电纺丝，采用滚筒作为接收装置，得到掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜；（3）将步骤（2）所得的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜放入低温等离子体处理仪中处理后得到等离子体改性的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜；（4）将三氯化铁粉末加入无水乙醇中搅拌均匀得到浓度为50mmol/L‑100mmol/L的三氯化铁溶液，将步骤（3）所得的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜浸渍于三氯化铁溶液中3‑20 min，取出置于烘箱中干燥后得到表面均匀附有三氯化铁的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜；（5）将步骤（4）所得的表面均匀附有三氯化铁的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜悬挂于浓度为30‑100 mmol/L的二氧噻吩的三氯甲烷溶液中，在20‑40℃条件下进行聚合反应10‑30 h，然后取出并用无水乙醇冲洗后放入20‑70℃真空烘箱中干燥0.5‑2 h，得到具有皮芯结构的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩复合导电纳米纤维膜；（6）将两根铜导线用导电银膏固定在步骤（5）所得的具有皮芯结构的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩复合导电纳米纤维膜的两端形成传感器的两个电极，然后将液态聚二甲基硅氧烷涂布在具有皮芯结构的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩复合导电纳米纤维膜的上下表面，涂布完成后置于真空干燥箱中在30‑90℃的条件下固化30~180min，得到基于掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩复合导电纳米纤维的柔性可拉伸的多功能纳米纤维传感器；该多功能纳米纤维传感器是以静电纺技术制备的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜作为柔性基体，通过原位聚合的方法在掺杂氧化石墨烯的聚氨酯纳米纤维膜表面原位聚合聚噻吩，制备得到掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩纳米纤维膜，其中构成掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩纳米纤维膜的纳米纤维具有皮芯结构，然后在具有皮芯结构的掺杂氧化石墨烯的聚氨酯/聚噻吩纳米纤维膜的表面复合带有导电铜丝的凝胶膜从而制备得到一种可以传感压力、拉伸和弯曲的柔性可拉伸多功能纳米纤维传感器。