本發(fā)明屬于導電高分子復合材料，具體涉及一種多功能導電納米纖維復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、導電納米纖維復合材料具有獨特的多孔結構、優(yōu)異的透氣性和可控的導電網(wǎng)絡，廣泛應用于智能可穿戴應變傳感器。在大多數(shù)情況下，導電納米填料組裝在彈性體纖維表面以形成核殼結構。在這種核殼結構中，強界面相互作用變得特別重要；否則，導電填料可能會從纖維基體脫落，從而降低機械性能和應變傳感性能。通常，導電納米填料通過氫鍵或超聲輔助在纖維表面進行修飾。例如，將pu納米纖維膜浸入碳納米管或rgo懸浮液中，然后進行超聲處理，在此過程中，碳納米填料修飾在納米纖維表面。

2、雖然這些修飾在纖維表面的納米填料可以形成優(yōu)異的導電網(wǎng)絡，但所制備的復合材料通常表現(xiàn)出低應變傳感靈敏度，即較低的響應靈敏度(gfs)，因為形成的完美的導電網(wǎng)絡在拉伸過程中不容易被破壞。

3、2019年4月12日公開的公開號為cn?109608688?a的專利，公開了一種高效油水分離的石墨烯海綿的制備方法，制備方法為：(1)潔凈的聚氨酯海綿；(2)氧化石墨烯的制備；(3)氧化石墨烯分散液的制備；(4)2mg/ml氧化石墨烯乙醇懸浮液的配置；(5)向步驟(4)得到的氧化石墨烯乙醇懸浮液中加入水合肼和步驟1得到的潔凈的三聚氰胺海綿，置于微波化學反應器，微波加熱反應30-60min，然后置于超聲清洗器超聲分散30-50min，增加氧化石墨烯的分布均勻性，取出海綿，用去離子水洗滌，放入80-100℃烘箱干燥；(6)聚二甲基硅氧烷/正己烷溶液的制備；(7)高效油水分離的石墨烯海綿的制備。其制備的具有優(yōu)異的吸附性能以及良好的疏水性。但是沒有公開如何提高其響應靈敏度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種多功能導電納米纖維復合材料及其制備方法，通過超聲驅(qū)動的方式將還原氧化石墨烯rgo吸附在pu納米纖維膜表面，將制備的pu/rgo復合纖維膜預拉伸，使材料表面形成鱗片狀結構，再浸入pdms溶液，從而得到超疏水導電pu/rgo/pdms納米纖維復合材料。制備的納米纖維復合材料具有優(yōu)異的應變響應性能，穩(wěn)定性好，循環(huán)性能優(yōu)異，適用范圍廣，傳感靈敏度高；且材料具有超疏水、光熱效應，拓寬了材料在惡劣環(huán)境中的應用。

2、本發(fā)明還有一個目的在于提供一種多功能導電納米纖維復合材料的應用，應力傳感材料、光熱材料或醫(yī)用紗布。

3、本發(fā)明具體技術方案如下：

4、一種多功能導電納米纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：

5、1)將pu納米纖維膜浸漬在還原氧化石墨烯懸浮溶液中，通過超聲驅(qū)動rgo吸附在pu納米纖維膜表面，得到pu/rgo復合纖維膜；

6、2)pu/rgo復合纖維膜進行預拉伸；

7、3)預拉伸后的pu/rgo復合纖維膜浸入pdms的烷烴溶液中，固化，得到多功能導電pu/rgo/pdms納米纖維復合材料。

8、步驟1)中，所述pu納米纖維膜通過靜電紡絲技術制備；

9、所述pu納米纖維膜中，pu質(zhì)量分數(shù)為10～15％。

10、優(yōu)選的，步驟1)中，所述pu納米纖維膜制備方法為：將聚氨酯溶于n，n-二甲基甲酰胺和四氫呋喃混合溶劑中，加熱攪拌使其溶解，得到均勻的溶液；將溶液置于靜電紡絲機上進行紡絲，制備得到pu納米纖維膜。

11、步驟1)中，通過超聲波細胞破碎儀超聲驅(qū)動；

12、步驟1)中，所述超聲驅(qū)動，超聲功率為30～150w，超聲時間為1～90min。

13、步驟1)中，所述還原氧化石墨烯懸浮溶液濃度為1～5mg/ml；溶劑為無水乙醇。

14、步驟2)中，所述預拉伸將pu納米纖維膜拉伸原長度的20％-80％；

15、步驟3)中，所述pdms的烷烴溶液的濃度為0.1～5wt％；烷烴溶劑為庚烷、己烷、辛烷等烷烴中的一種。

16、步驟3)中，預拉伸后的pu/rgo復合纖維膜浸入聚二甲基硅氧烷pdms的烷烴溶液中，室溫浸泡時間為1～20min；浸泡過程中，pu/rgo復合纖維膜保持拉伸狀態(tài)。

17、步驟3)中，所述固化，溫度為60～100℃，時間為1～5h。

18、本發(fā)明提供的一種多功能導電納米纖維復合材料，采用上述方法制備得到。

19、本發(fā)明通過超聲驅(qū)動的方式將還原氧化石墨烯(rgo)吸附在聚氨酯(pu)納米纖維膜表面，然后通過將預拉伸pu/rgo納米纖維膜浸入聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液，從而得到超疏水導電pu/rgo/pdms納米纖維復合材料。本發(fā)明制備的納米纖維復合材料具有優(yōu)異的應變響應性能，穩(wěn)定性好，循環(huán)性能優(yōu)異，適用范圍廣，可用于人體運動監(jiān)測；且由于預拉伸形成的rgo鱗片狀多層級結構，使材料具有超疏水、光熱效應，拓寬了材料在惡劣環(huán)境中的應用范圍；另外，優(yōu)異的表面不粘附性以及生物相容性使得該納米纖維膜可應用于無創(chuàng)醫(yī)用紗布，表現(xiàn)出良好的止血功能；該材料制備過程簡單，耗能低，易于操作，具有良好的應用前景。

20、本發(fā)明提供的一種多功能導電納米纖維復合材料的應用，用于應力傳感材料、光熱材料或醫(yī)用紗布。

21、本發(fā)明為了提高傳感靈敏度，引入具有褶皺或裂紋結構的導電網(wǎng)絡。本發(fā)明受生物鱗片啟發(fā)的結構被設計用于應變傳感，rgo修飾的pu納米纖維首先被拉伸，隨后浸入pdms溶液中。pdms固化后，構建出具有鱗片狀結構的rgo導電網(wǎng)絡。pdms不僅可以改善rgo和pu之間的界面相互作用，提高表面穩(wěn)定性，而且賦予納米纖維復合材料超疏水特性。超疏水納米纖維復合材料具有優(yōu)異的生物相容性和止血性能。納米纖維復合應變傳感器具有高的gf，在162％-325％的應變范圍內(nèi)高達49.1。

22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明過超聲驅(qū)動方法制備導電納米纖維膜，具有石墨烯低填料含量(低成本)、材料電導率可調(diào)控、能耗低、設備占地小且易于操作的優(yōu)點；采用預拉伸處理有利于纖維表面rgo鱗片結構的形成，pdms的修飾即可以提高界面(rgo與纖維表面)穩(wěn)定性也能夠進一步保證鱗片狀結構的穩(wěn)定；pdms的引入提高了材料疏水性能，避免了含氟低表面能物質(zhì)的使用；本發(fā)明將疏水性與材料的光熱性能結合，極大的拓寬了材料適用范圍，用于應力傳感材料、光熱材料或醫(yī)用紗布。

技術特征：

1.一種多功能導電納米纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pu納米纖維膜中，pu質(zhì)量分數(shù)為10～15％。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述超聲驅(qū)動，超聲功率為30～150w，超聲時間為1～90min。

4.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述還原氧化石墨烯懸浮溶液濃度為1～5mg/ml。

5.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述預拉伸，拉伸范圍為20％～80％。

6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述pdms的烷烴溶液的濃度為0.1～5％wt，烷烴溶劑為庚烷、己烷、辛烷等烷烴中的一種。

7.根據(jù)權利要求1或6所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，預拉伸后的pu/rgo復合纖維膜浸入聚二甲基硅氧烷pdms的烷烴溶液中，浸泡時間為1～20min。

8.根據(jù)權利要求1或6所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述固化，溫度為60～100℃，時間為1～5h。

9.一種權利要求1-8任一項所述制備方法制備的多功能導電納米纖維復合材料。

10.一種權利要求9所述的多功能導電納米纖維復合材料的應用，其特征在于，用于應力傳感材料、光熱材料或醫(yī)用紗布。

技術總結
本發(fā)明提供了一種多功能導電納米纖維復合材料及其制備方法和應用，本發(fā)明過超聲驅(qū)動方法制備導電納米纖維膜，具有低填料含量、材料電導率可調(diào)控、能耗低、設備占地小且易于操作的優(yōu)點；采用預拉伸處理有利于纖維表面RGO鱗片結構的形成，PDMS的修飾即可以提高界面(RGO與纖維表面)穩(wěn)定性也能夠進一步保證鱗片狀結構的穩(wěn)定；PDMS的引入提高了材料疏水性能，避免了含氟低表面能物質(zhì)的使用；本發(fā)明將疏水性與材料的光熱性能結合，極大的拓寬了材料適用范圍，用于應力傳感材料、光熱材料或醫(yī)用紗布。

技術研發(fā)人員：汪玲,王浩,李哲璠
受保護的技術使用者：安慶師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17