CN109851879B

CN109851879B - 一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用

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Publication number: CN109851879B
Application number: CN201910133274.0A
Authority: CN
Inventors: 徐航勋; 王志勇; 汪韬; 张颖
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN109851879A

Abstract

本发明提供了一种制备仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料的方法和乳胶‑导电高分子复合膜及其应用，方法包括将聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后进行电荷作用，得到仿生结构乳胶‑导电高分子复合材料；聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。复合薄膜单向拉伸率接近340％，厚度只有75至90μm，具有与不同材质的凹凸表面共形贴合的能力；制备的非接触式湿度传感器的灵敏度为‑1.35％/％RH(ΔR/R₀)；非接触式温度传感器的灵敏度为‑0.72％/℃(ΔR/R₀)。

Description

一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶- 导电高分子复合膜及其应用

技术领域

本发明属于非接触式传感器技术领域，尤其涉及一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用。

背景技术

柔性电子可以适应于复杂曲面环境的特点使其可以突破传统电子器件的使用限制，在电子显示器、薄膜太阳能电池板、射频识别技术以及电子皮肤等领域有着广泛的应用前景。其中，可以全面、多维、准确、有效地捕捉信息，最大限度保证信号质量的柔性传感器是柔性电子的重要组成部分。然而，由于柔性材料性能不足和传感机理不丰富的限制，目前柔性电子传感技术还不能完全满足复杂实际需求，发展用于新型柔性传感器的新原理、新结构、新材料，被视为实现柔性传感器广泛应用的关键突破口。目前为止，如何开发出新型具有远距离、高灵敏、多功能的非接触式传感器，同时传感器件有很好的延展性以及共形贴合能力是限制柔性传感技术发展的一大瓶颈问题。

现有构建非接触式传感器的根据作用机制可以分为两大类别，一类是通过导电物质的自身非接触式响应，运用光刻蚀、微纳制造、化学气相沉积以及液相剥离等技术实现材料的超薄化，德国《先进材料》(Advanced Materials，2012年第24卷第1969至1974页)首次报道了基于超薄二硫化钒纳米片利用液相剥离的技术制备了灵敏的湿度传感器。但是由于制备成本高、工艺复杂、不具有延展性以及无曲面贴合能力等缺点，限制了其在柔性电子领域的应用；另一类是通过一些功能材料的机械性质改变，从而影响导电物质的电阻或者电容变化，然而由于导电物质在混合过程中需要高含量来实现导电功能，因此很难实现高延展性，同时也无法应用在复杂的表面。为构建新型性能可靠、结构新颖的多功能传感材料，基于自然界生物结构的研究成为解决问题的有效解决方案。印尼金锹甲虫的自隔离网络结构具有优异独特的性能，类似的结构尚未应用到柔性非接触式传感领域，设计合适的材料体系来仿生此类独特结构，以满足实际需求显得迫在眉睫。

因此，开发出一种具有优异的共形贴合能力并且柔性可延展的仿生自隔离结构的乳胶/导电高分子复合物的方法具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用，该方法制备的复合膜具有较好的力学性能。

本发明提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：

将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。

优选地，所述乳胶液选自羧基丁苯乳胶、天然乳胶和硅丙乳胶中的一种或多种。

优选地，所述溶剂选自去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或多种。

优选地，所述反应的温度为20～25℃，反应的时间为25～30min。

本发明提供了一种用于多功能非接触式传感的仿生结构乳胶-导电高分子复合膜，由上述技术方案所述方法制备的仿生结构乳胶-导电高分子复合材料涂覆在基板模具上后除去溶剂制得。

优选地，所述除去溶剂的方式为低温缓慢挥发法。

优选地，所述除去溶剂的温度为35～40℃，除去溶剂的时间为8～12小时。

优选地，所述基板模具为聚四氟乙烯基板或橡胶基板。

本发明提供了一种上述技术方案所述仿生结构乳胶-导电高分子复合膜在非接触式传感器中的应用。

本发明提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。本发明采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的混合物，通过电荷相互作用形成一种可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜。实验结果表明：本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜单向拉伸率接近340％，厚度只有75至90μm，具有与不同材质的凹凸表面共形贴合的能力；采用本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式湿度传感器，灵敏度为-1.35％/％RH(ΔR/R0)；采用本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式温度传感器，灵敏度为-0.72％/℃(ΔR/R₀)；采用本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式体感传感器，最大检测距离为12cm，最大响应程度为52％(ΔC/C₀)，而且可以实现长时间的稳定性。

附图说明

图1为本发明的实施例1-3制备的不同乳胶导电物质复合膜；

图2为本发明纯导电物质膜和实施例1、4～7制备的高分子薄膜的基本力学拉伸应力应变曲线；

图3为本发明实施例1、4～7制备的高分子薄膜的杨氏模量；

图4为本发明实施例4制备的复合膜对于不同材料的曲面贴合图片；

图5为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的湿度传感器中电阻值随湿度的变化以及通过计算得到的湿度灵敏度；

图6为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的湿度传感器实时监控不同状态下人体呼吸的时间-电阻变化一次微分曲线；

图7为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的温度传感器中电阻值随温度的变化以及通过计算得到的温度灵敏度；

图8为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的温度传感器在靠近一杯热水时电阻随时间变化曲线；

图9为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的体感传感器中电容值随距离的变化以及通过计算得到的体感灵敏度；

图10为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的体感传感器空间感测人手靠近的电容变化。

具体实施方式

本发明采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的混合物，它们之间通过电荷相互作用形成一种可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜。该方法制备的复合材料具有优异的力学性能和电学性能。本发明利用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和乳胶液等得到的可延展具有共形贴合能力的弹性材料有能力满足新型柔性传感器对于先进材料结构的重大需求。所述共形贴合是指根据本发明的方法制备的仿生结构乳胶-导电高分子复合薄膜可以依附在木材、陶瓷、叶片以及塑料等不同材质的复杂表面。

在本发明中，所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的分子量没有特殊要求；优选采用爱克发材料公司生产的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸是一种成熟而且价格低廉的导电高分子，其有效地通过电荷相互作用与阴离子聚合的乳胶微球结合形成三维自隔离网络结构的导电弹性体，另外其独特地响应于湿度、温度的性质可以实现器件的多重刺激响应。

在本发明中，所述乳胶液是通过阴离子聚合形成的，乳胶微球表面带有的大量负电荷与导电高分子作用形成复合物。所述乳胶液选自羧基丁苯乳胶、天然乳胶和硅丙乳胶中的一种或多种。

为了更好地分散各个反应物，并且实现它们之间的充分反应，在用于仿生结构乳胶-导电高分子复合材料时加入溶剂。在本发明中，所述溶剂选自去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或多种。

在本发明中，所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05；在本发明中，所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的质量占所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂总质量的0.03～0.12％，更优选为0.06～0.12％；在本发明具体实施例中，所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的质量占所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂总质量的0.03％、0.06％、0.12％或0.18％。本发明通过对聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂用量的控制，以获得具有优异延展性、共形贴合能力和多重刺激响应性能的复合材料。

在本发明中，反应过程是原料之间进行电荷作用的过程；所述反应的温度优选为20～25℃，更优选为20～24℃、最优选21～22℃；反应的时间优选为25～30min，更优选为25～28min，最优选为26～27min。

在本发明中，所述除去溶剂的方式为低温缓慢挥发法。

在本发明中，所述除去溶剂的温度优选为35～40℃，更优选为35～38℃，最优选为36～37℃；除去溶剂的时间优选为8～12小时，更优选为10～12小时，最优选为10～11小时。

在本发明中，所述基板模具为聚四氟乙烯基板或橡胶基板。

总之，本发明的目的在于提出一种聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液以及溶剂的混合物，通过电荷相互作用形成一种可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜。其中，由于聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和乳胶液在水中很好地分散，通过低温缓慢挥发法实现大规模制备具有优异性能的仿生自隔离网络结构高分子薄膜(拉伸率接近340％，厚度75至90μm)。由于低的杨氏模量和厚度，制备的薄膜具有优异的与不同材质(木材、陶瓷、叶片以及塑料等)的凹凸表面共形贴合的能力。另外，由于聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸是一种成熟而且价格低廉的导电高分子，其独特地响应于湿度、温度的性质可以实现器件的多重刺激响应。薄膜对于湿度的灵敏度为-1.35％/％RH(ΔR/R₀)，并且在拉伸状态下的传感依旧很好保持。用切成长方形的薄膜(长2cm，宽0.5cm，厚88μm)依附于口罩上，可以灵敏检测不同运动状态下以及不同性别的呼吸曲线。另外，由于乳胶膜在温度升高时，其本身的相态的改变影响体系中的离子导电率，使得仿生结构薄膜具有优异的温度响应，灵敏度为-0.72％/℃(ΔR/R₀)，而且具有很好的稳定性，并且可以依附于复杂的表面进行传感，可以精确检测热源位置以及报警功能。由于导电的性能，开发垂直式电容传感器，最大检测距离为12cm，最大响应程度为52％(ΔC/C₀)，而且可以实现长时间的稳定性，可用于检测二维、三维的不同物体接近，以及人体手指的精确定位。

本发明提供的可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜，通过仿生手段，选取乳胶-导电高分子体系，实现传感性能的显著提高。选取水中分散性很好的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸和乳胶液，便于复合大规模制备力学性能优异的导电材料。通过低温缓慢挥发法制备复合膜，方法简单，绿色环保，并且可以调控薄膜形状和厚度，从而实现共形贴合能力。另外选取的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸导电高分子，具有很好的多重刺激响应，从而实现器件的多功能非接触式传感。

在本发明中，除非另外指出，所采用的试剂均为商购产品，直接使用而没有进一步纯化处理。所提及的“份”均为“重量份”。

在本公开内容中，对在以下实施例中得到的乳胶-导电高分子复合材料薄膜的多种性质进行了测试。具体测试方法描述如下：

1、应力-应变曲线测试方法

将以下实施例中的得到的乳胶/导电高分子复合材料薄膜，使用符合GB/T1040.3-2006哑铃状样条，其中所述的哑铃状样条最窄部分为2mm。使用拉伸仪(厂家深圳三思公司，型号SUNSUHM-2102，力学传感器最大值100N，精度千分之三)测试薄膜拉伸状态下的应力应变曲线，每个样品测试10次，取平均值。

2、湿度传感器灵敏度测试以及人体呼吸监测

将以下实施例中的得到的乳胶/导电高分子薄膜，切成长度2cm，宽度0.5cm以及厚度88μm的条状薄膜。先将薄膜两端用导电银胶引出两根铜丝导线，在70℃条件下烘干2h，随后，在导电银胶上覆盖一层万能胶，同样在70℃条件下烘干1h。将得到的接好铜丝的薄膜放置在硬纸板上固定，并制于一个密闭的玻璃容器内，仅仅将铜丝引出容器，接在阻抗仪(型号：TH2827A厂家：同惠)的两极。在玻璃容器内放置不同的饱和溶液以构建不同的湿度环境，其中包括饱和硝酸镁溶液(54％RH)、氯化钠溶液(75％RH)、氯化钾溶液(85％RH)和硫酸铜溶液(98％RH)等等。测试此条状薄膜在不同湿度环境中电阻对初始电阻的变化。同样，对于延展以及曲面贴附状态下的条状薄膜的测试也采用完全相同的测试条件。

将条状的薄膜依附贴合在口罩上，两端连接电化学工作站(型号：PGSTAT302N厂家：Metrohm Autolab)的两极，在工作电压恒定在2V条件下，测试电流随着呼吸的变化曲线。

需要说明的是，如果其他条件不变，改变呼吸测试对象的性别，通过呼吸频率和呼吸深度可以识别男生女生的呼吸；如果其他条件不变，改变测试对象的呼吸状态，可以感知对象处于正常呼吸、深呼吸、暂停呼吸还是极速运动呼吸等不同状态。

3、温度传感器灵敏度测试以及热源定位监测

将以下实施例中的得到的乳胶/导电高分子薄膜，切成长度2cm，宽度0.5cm以及厚度88μm的条状薄膜。先将薄膜两端用导电银胶引出两根铜丝导线，在70℃条件下烘干2h，随后，在导电银胶上覆盖一层万能胶，同样在70℃条件下烘干1h。将得到的接好铜丝的薄膜放置在硬纸板上固定，薄膜底部有测量温度的探头，探头连接温度监测仪，并制于一个密闭的玻璃容器内，仅仅将铜丝引出容器。容器顶部有一红外激光器(型号：T1064D2W厂家：西安明辉科技公司)，红外激光器与容器测试前均一体密封。容器内部为了控制湿度，底部铺满无水氯化钙，并且密闭3h。通过打开红外激光器，同时监测薄膜温度变化以及电阻相对初始电阻的变化。

将条状的薄膜依附贴合在机器人手臂上，接在阻抗仪(型号：TH2827A厂家：同惠)的两极，测试电阻的变化曲线。

需要说明的是，如果其他条件不变，改变机器人手臂接近火源的距离，薄膜可以监测热源的位置信息，并且传送至电子设备，发出警报。

4、体感传感器灵敏度测试以及人手空间监测

将以下实施例中的得到的乳胶-导电高分子薄膜，分别切成长度2cm，宽度1.5cm以及厚度88μm的条状薄膜，薄膜一端通过导电银胶连在阻抗仪(型号：TH2827A厂家：同惠)一端。每两个条状薄膜为一组，相隔2cm，并依附在制好的Ecoflex模具之中。阻抗仪(型号：TH2827A厂家：同惠)处于电容模式，工作频率在100kHz。监测人手指接近电容设备时电容值的变化。

将上述的电容元器件制成6乘以6的阵列，分别监测人手的位置变化时，各个元器件的电容值的变化。

需要说明的是，如果其他条件不变，将手掌置于阵列上方，可以检测人手掌的不同姿势；如果其他条件不变，将柔性阵列置于一个排球的表面，可以在三维空间的尺度上对人手指精确定位。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法和乳胶-导电高分子复合膜及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将1mg聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸作为导电物质，浓度为0.03重量％的水分散液、250mg含固率为64重量％的羧基丁苯乳胶水分散液通过搅拌混合形成浅白色分散液。在温度20～25℃条件下剧烈搅拌25分钟。其中，通过计算可知，基于所述浅白色分散液的总重量，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的量为0.03重量％；羧基丁苯乳胶的量为4.92重量％；并且水的量为95.04重量％。

将得到的浅白色分散液倒入尺寸为3cm×4cm×1mm的普通底部为平面的橡胶模具中。运用低温缓慢挥发法，在烘箱内温度35～40℃条件下，干燥10小时，即可得到浅黑色的高分子膜1。

实施例2

以与实施例1类似的方法实验，不同之处在于将羧基丁苯乳胶改为天然乳胶，以得到浅黑色的高分子膜2。

实施例3

以与实施例1类似的方法实验，不同之处在于将羧基丁苯乳胶改为硅丙乳胶，以得到浅黑色的高分子膜3。

实施例4

以与实施例1类似的方法实验，不同之处在于将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的量改变为0.06重量％，以得到黑色的高分子膜4。

实施例5

以与实施例1类似的方法实验，不同之处在于将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的量改变为0.12重量％，以得到黑色的高分子膜5。

实施例6

以与实施例1类似的方法实验，不同之处在于将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的量改变为0.18重量％，以得到黑色的高分子膜6。

实施例7

以与实施例1类似的方法实验，不同之处在于不添加导电高分子聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸，以得到高分子膜8。

测试例1

对以上实施例1～3中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜进行SEM测试，见图1，图1为本发明实施例1～3制备的高分子膜的SEM图。图1显示了不同的乳胶材料，与导电高分子复合的扫描电镜显微图片，可见均形成了仿生自隔离结构。

测试例2

根据以上描述的应力-应变曲线测试方法，对以上实施例1和实施例4～7制备的高分子薄膜进行测试。图2为本发明实施例1和实施例4～7制备的高分子薄膜的应力-应变曲线。由图2所示，具有优异力学性能的比例为导电高分子聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸质量比例为0.18％，其对应的最大断裂伸长率为245％，最大断裂强度为9MPa。不添加导电高分子聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸时薄膜最大断裂伸长率为497％。

测试例3

本测试例中，对以上实施例1和实施例4-7的高分子薄膜进行厚度测试，以及杨氏模量的测试，其中杨氏模量可由测试例2计算得出，如图3所示，其中，导电聚合物质量比0.03％为实施例1制备的复合膜中的导电聚合物的比例；导电聚合物质量比0.06％为实施例4制备的复合膜中的导电聚合物的比例；导电聚合物质量比0.12％为实施例5制备的复合膜中的导电聚合物的比例；导电聚合物质量比0.18％为实施例6制备的复合膜中的导电聚合物的比例。测试结果为：纯羧基丁苯乳胶的杨氏模量为5.95MPa；实施例1制备的高分子薄膜的杨氏模量为13.72MPa；实施例4制备的高分子薄膜的杨氏模量为31.21MPa；实施例5制备的高分子薄膜的杨氏模量为38.85MPa；实施例6制备的高分子薄膜的杨氏模量为55.21MPa。

再进行曲面贴合实验，将制备的复合乳胶-导电高分子薄膜，依附在不同材质(木材、陶瓷、叶片以及塑料等)的凹凸表面上，结果如图4所示，图4为本发明实施例4制备的复合膜对于不同材料的曲面贴合图片。

测试例4

本测试例中，根据以上描述的湿度传感器灵敏度测试以及人体呼吸监测，对以上实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜进行测试。图5为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的湿度传感器中电阻值随湿度的变化以及通过计算得到的湿度灵敏度；图5显示了采用根据本发明的实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜所制备的湿度传感器电阻随着湿度的变化以及通过计算得到的湿度灵敏度为-1.35％/％RH(ΔR/R₀)。

图6为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的湿度传感器实时监控不同状态下人体呼吸的时间-电阻变化一次微分曲线；图6显示了采用根据本发明的实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜所制备的湿度传感器可以很好地检测了不同状态下的人体呼吸，包括正常呼吸、深呼吸、暂停呼吸还是极速运动呼吸等。

测试例5

本测试例中，根据以上描述的温度传感器灵敏度测试以及热源定位监测，对以上实施例4中制备的乳胶/导电高分子复合薄膜进行测试。图7为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的温度传感器中电阻值随温度的变化以及通过计算得到的温度灵敏度；图7显示了采用根据本发明的实施例4中制备的乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的温度传感器电阻随着温度的变化以及通过计算得到的温度灵敏度为-0.72(％/℃)。

图8为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的温度传感器在靠近一杯热水时电阻随时间变化曲线；图8显示了采用根据本发明的实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜所制备的温度传感器，在接近热源的时候，有两个阶段的报警作用。

测试例6

本测试例中，根据以上描述的体感传感器灵敏度测试以及人手指空间监测，对以上实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜进行测试。图9为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的体感传感器中电容值随距离的变化以及通过计算得到的体感灵敏度；图9显示了采用根据本发明的实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜所制备的体感传感器电容随着手指接近的变化以及通过计算得到的体感灵敏度。

图10为本发明实施例4中制备的导电高分子复合膜所制备的体感传感器空间感测人手靠近的电容变化；图10显示了采用根据本发明的实施例4中制备的乳胶-导电高分子复合薄膜所制备的体感传感器依附在排球上的空间阵列，在一个手掌逐渐接近以及两个手掌接近的时候的响应能力。

由以上实施例可知，本发明提供了一种制备仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的方法，包括以下步骤：将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05。本发明采用聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的混合物，通过电荷相互作用形成一种可延展、具有共形贴合能力的多重刺激响应的仿生自隔离网络结构高分子薄膜。实验结果表明：本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜单向拉伸率接近340％，厚度只有75至90μm，具有与不同材质的凹凸表面共形贴合的能力；采用本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式湿度传感器，灵敏度为-1.35％/％RH(ΔR/R0)；采用本发明的仿生结构乳胶-导电高分子复合薄膜所制备的非接触式温度传感器，灵敏度为-0.72％/℃(ΔR/R₀)；采用本发明的仿生结构乳胶/导电高分子复合薄膜所制备的非接触式体感传感器，最大检测距离为12cm，最大响应程度为52％(ΔC/C₀)，而且可以实现长时间的稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于多功能非接触式传感的仿生结构乳胶-导电高分子复合膜，由仿生结构乳胶-导电高分子复合材料涂覆在基板模具上后除去溶剂制得；

所述除去溶剂的方式为低温缓慢挥发法；所述除去溶剂的温度为35～40℃，除去溶剂的时间为8～12小时；所属复合膜的厚度为75～90μm；

所述仿生结构乳胶-导电高分子复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂混合后反应，得到仿生结构乳胶-导电高分子复合材料；所述基板模具为聚四氟乙烯基板或橡胶基板；

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、乳胶液和溶剂的质量比为0.03～0.18:4.91～4.92:94.90～95.05；

所述乳胶液选自羧基丁苯乳胶；所述溶剂选自去离子水、乙醇和异丙醇中的一种或多种；

所述反应的温度为20～25℃，反应的时间为25～30min。

2.一种权利要求1所述仿生结构乳胶-导电高分子复合膜在非接触式传感器中的应用。