CN110280151A - 超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用 - Google Patents

超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110280151A
CN110280151A CN201910474601.9A CN201910474601A CN110280151A CN 110280151 A CN110280151 A CN 110280151A CN 201910474601 A CN201910474601 A CN 201910474601A CN 110280151 A CN110280151 A CN 110280151A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite fibre
electrically conductive
super hydrophilic
conductive composite
acidification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910474601.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高杰峰
黄学武
汪玲
张曙
赵萌
薛怀国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou University
Original Assignee
Yangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou University filed Critical Yangzhou University
Priority to CN201910474601.9A priority Critical patent/CN110280151A/zh
Publication of CN110280151A publication Critical patent/CN110280151A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/60—Polyamines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/127—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/24—Mechanical properties, e.g. strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/26—Electrical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用。所述方法将酸化的多壁碳纳米管通过超声诱导的方法，使其吸附在热塑性聚氨酯静电纺丝纤维膜表面上，制得超亲水导电复合纤维膜。本发明的超亲水导电复合纤维膜具有优异的亲水性能和水下超疏油性能，水下油的接触角可至158°。本发明的超亲水导电复合纤维膜作为湿度传感器，可用于检测环境的湿度，在11％～95％的湿度环境下，其湿敏传感强度为5％～29％。此外，本发明的超亲水导电复合纤维膜也可作为气敏传感器，适用于在高湿环境下检测极性的有机挥发性气体。

Description

超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种超亲水导电复合纤维膜及其制备方法，和其在湿敏和气敏传感中的 应用，属于导电高分子复合材料的制备技术领域。
背景技术
湿度传感器是一类重要的化学传感器，已在仓贮、工业生产、环境监测、家用电器、气象等方面广泛应用。外界环境的湿度与人们的生活、工农业生产以及动植物的生态都 密切相关。对于人类的生存，环境湿度具有与温度同等重要的意义。气敏传感器是用来 检测气体浓度和成分的传感器，它在环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。气敏 传感器使用时，暴露在各种成分的气体中，由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存 在大量粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣，而且气体对传感元件的材料会产生化学 反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。
近几年来，湿度和气敏传感器在柔性电子，环境保护和呼吸系统疾病诊断等许多领 域有广泛的应用。在多数情况下，金属氧化物经常会被用作为气体传感器材料，例如氧化铜和三氧化钨等金属氧化物已被用作高性能气体传感器。此种气体传感器的响应机理是基于吸附的目标气体与金属氧化物之间的化学反应，从而引起的电荷转移，最终可能 导致传感器电阻的变化。二维氧化石墨烯(GO)通常被用于制备湿度传感器，因为它 可以吸收周围的水分。GO表面上的含氧官能团与水分子发生反应，导致其电导率发生 变化。然而，金属氧化物和GO都是呈粉末状的，通常会以浸涂或旋涂的方式涂覆到特 定的基板上。在多数情况下，传感材料和基板之间的弱相互作用会导致传感性能的不稳 定性。为了解决这个问题，通常将导电纳米填料掺入到聚合物中，以制备出基于纳米复 合材料的柔性的湿度或气敏传感器。典型的例子是聚乙烯醇(PVA)和纳米填料(如碳 纳米管CNTs、GO等)组成的纳米复合材料。周耿恒等人采用湿法纺丝法制造CNTs/PVA 纤维，其导电性可通过改变复合材料中CNTs的浓度来控制。当被用作湿度传感器时， 灯丝在暴露于湿气后显示出快速且较大电阻的增加。由于PVA对水具有很好的亲和力， 因此在测试中水分子会被PVA纤维吸收，使PVA发生部分溶胀。结果表明，CNTs之 间的距离会随着PVA的溶胀而增加，进而导致其电阻的大幅增加，这就是CNTs/PVA 复合纤维作为湿度传感器的响应机理[Zhou,G.；Byun,J.H.；Oh,Y.；et al.Highly Sensitive Wearable Textile-Based Humidity Sensor Made ofHigh-Strength,Single-Walled Carbon Nanotube/Poly(vinyl alcohol)Filaments.ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,4788-4797.]。 而就气体传感性能而言，有机蒸汽的吸附可能会导致基质发生溶胀，从而破坏复合材料 的导电网络，进而导致电阻增加。相反地，这些有机蒸汽的解吸附则会使导电网络恢复， 并且电阻会降低至其原始值。尽管PVA对湿度较为敏感，但由于其较好的亲水性，其 导电复合物容易被湿气溶胀，因而会使其失去尺寸稳定性，特别是在实际使用中失去耐 久性。何作丽等人通过湿法纺丝技术制备出了TPU/MWCNTs复合纤维，通过调控 MWCNTs在TPU混合溶液中的含量来调控复合纤维的微观结构和材料的导电性，最后 将制备的复合纤维应用于应变传感器，结果显示出很好的灵敏性与可重复性[He,Z. L.；Byun,J.H.；Zhou,G.H.；et al.Effect of MWCNT content on themechanical and strain-sensing performance of Thermoplastic Polyurethanecomposite fibers.Carbon,2019, 146,701-708]。该方法利用的是未经酸化处理的多壁碳纳米管，其结构未被破坏，在与 TPU混合湿纺制备出的复合纤维具有较高的导电性的同时，为获得较高导电性的复合纤 维，需要添加较多的MWCNTs，因此制备的复合纤维具有较高的导电逾渗值。而作为 应变传感器应用时，对复合纤维的表面润湿性要求不是很高。我们都知道，人体呼吸中 存在不同种类的挥发性有机化合物，即生物标志物，可为疾病的诊断提供重要信息。如 果传感器材料能够在高湿度环境下检测到这些挥发性有机化合物，会进一步拓展这种传 感器材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超亲水导电复合纤维膜及其制备方法，以及其作为湿敏 传感器和气敏传感器的应用。
实现本发明目的的技术解决方案如下：
超亲水导电复合纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将酸化的多壁碳纳米管在超声作用下均匀分散在水与乙醇的混合液中，得到酸化的多壁碳纳米管分散液；
步骤2，将热塑性聚氨酯纤维膜置于酸化的多壁碳纳米管分散液中，超声分散，超声功率为45～180W，得到超亲水导电复合纤维膜。
优选地，步骤1中，所述的酸化的多壁碳纳米管通过将多壁碳纳米管浸没在体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸组成的混酸溶液中酸化处理制得。酸化处理温度为60±10℃， 酸化处理时间为6～8h。
优选地，步骤1中，所述的酸化的多壁碳纳米管的浓度为1mg/mL～2mg/mL。
优选地，步骤2中，所述的水与乙醇的混合液中，乙醇与水的体积比为1:4～1:1。
优选地，步骤2中，所述的热塑性聚氨酯纤维膜通过静电纺丝技术制备，具体纺丝参数为：热塑性聚氨酯纺丝液的浓度为14wt.％，溶剂为质量比为1:4的四氢呋喃和N， N-二甲基甲酰胺的混合溶液。
优选地，步骤2中，所述的超声功率为90～180W。
优选地，步骤2中，所述的超声分散时间为20min～40min。
本发明提供上述制备方法制得的超亲水导电复合纤维膜。
进一步地，本发明提供上述超亲水导电复合纤维膜在湿敏/气敏传感器中的应用。
在本发明的具体实施例中，所述的超亲水导电复合纤维膜在气敏传感检测中，通过 对极性的有机挥发性气体进行检测，具体为正庚烷、丙酮、甲苯、四氢呋喃或甲醇。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的超亲水导电复合纤维膜具有质量轻，柔性好且较为优异的力学性能；
(2)本发明制备的超亲水导电复合纤维膜具有较好的导电性能和优异的水下超疏油性能；
(3)本发明的超亲水导电复合纤维膜作为湿度传感器，可用于检测环境的湿度，在11％～95％的湿度环境下，其湿敏传感强度为5％～29％。此外，本发明的超亲水导电 复合纤维膜也可作为气敏传感器，适用于在高湿环境下检测极性的有机挥发性气体，对 不同有机挥发性气体具有不同的响应强度。并且，本发明的超亲水导电复合纤维膜在高 湿度环境下，导其气敏传感性能会得到加强，具有较低的检测极限。
附图说明
图1为超亲水导电复合纤维膜的制备示意图和湿敏/气敏响应机理图。
图2为热塑性聚氨酯纤维膜在酸化碳纳米管分散液经过不同超声处理功率后的扫描 电子显微镜图和电导率变化图。
图3为超亲水导电复合纤维膜的静态水接触角和水下油接触角随超声功率变化图。
图4为超亲水导电复合纤维膜在不同湿度环境下的响应变化图，a为11％，b为33％， c为59％，d为75％，e为95％，f为湿度-响应强度关系图。
图5为超亲水导电复合纤维膜对30ppm的不同有机挥发蒸汽的响应变化图(a)和复合导电超亲水纤维膜对不同浓度的丙酮蒸汽的响应变化图(b)。
图6为超亲水导电复合纤维膜在高湿环境下对50ppm不同有机挥发蒸汽的响应变化图。
图7为当超声功率为9W时得到的复合纤维膜的扫描电镜图和接触角图。
图8为当超声功率为450W时得到的复合纤维膜的扫描电镜图和接触角图。
图9为使用未酸化碳纳米管得到的复合纤维膜的扫描电镜图和接触角图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步描述。
下述实施例中，所述的酸化的多壁碳纳米管的制备参考文献[Zhou,T.Y.；Ding,J.；He Z. Y.；et al.Preparation of magnetic superhydrophilic molecularlyimprinted composite resin based on multi-walled carbon nanotubes to detecttriazines in environmental water.Chem. Eng.J.,2018,334,2293-2302]。
所述的热塑性聚氨酯纤维膜通过静电纺丝技术制备，制备方法参考文献[Gao,J.F.； Hu,M.J.；Li,R.K.Y.Ultrasonication induced adsorption of carbon nanotubesonto electrospun nanofibers with improved thermal and electricalperformances.J.Mater.Chem., 2012,22,10867-10872.]，具体为：将1.4g热塑性聚氨酯溶解于由1.72gTHF和6.88gDMF 混合组成的纺丝溶剂中，其中热塑性聚氨酯的质量分数为14％，在60℃条件下磁力搅 拌6h以形成均匀的溶液。然后利用静电纺丝设备制备得到热塑性聚氨酯纤维膜，纺丝 过程中，所用的电压为15kV，针头到接收器的距离为15cm，流速为1mL/h。
实施例1
(1)称取0.2g的酸化的多壁碳纳米管，加入到200mL体积比1:4的乙醇与水的混 合液中超声分散均匀得到酸化的多壁碳纳米管的分散液。将纺丝得到的热塑性聚氨酯纤 维膜放入酸化的多壁碳纳米管的分散液中超声20min，超声功率为45W，至纤维膜变色， 即可得到超亲水导电复合纤维膜。具体制备流程如图1所示，制得的超亲水导电复合纤 维膜的微观形貌图如图2a所示。
(2)导电性和接触角测试，将制得的超亲水导电复合纤维膜用四探针电导率测试仪测试表面5个不同的区域，取平均值，其电导率变化如图2d所示。利用OCA20接触 角测量仪测试复合导电纤维膜的静态水接触角和水下油接触角，将5μL蒸馏水滴滴于纤 维膜表面，为保证结果的准确性，测试5次，取平均值。将5μL油滴滴在浸入水中的纤 维膜表面，为保证结果的准确性，测试5次，取平均值。其接触角变化如图3所示。
实施例2
(1)称取0.2g的酸化的多壁碳纳米管，加入到200mL体积比1:4的乙醇与水的混 合液中超声分散均匀得到酸化碳纳米管的分散液。将热塑性聚氨酯纤维膜放入酸化碳纳 米管的分散液中超声20min，超声功率为90W，直至纤维膜变黑，即可得到超亲水导电 复合纤维膜。制得的超亲水导电复合纤维膜的微观形貌图如图2b所示。
(2)导电性和接触角测试，将制得的超亲水导电复合纤维膜用四探针电导率测试仪测试表面5个不同的区域，取平均值，其电导率变化如图2d所示。利用OCA20接触 角测量仪测试复合导电纤维膜的静态水接触角和水下油接触角，将5μL蒸馏水滴滴于纤 维膜表面，为保证结果的准确性，测试5次，取平均值。将5μL油滴滴在浸入水中的 纤维膜表面，为保证结果的准确性，测试5次，取平均值。其接触角变化如图3所示。
实施例3
(1)称取0.2g的酸化的多壁碳纳米管，加入到200mL体积比1:4的乙醇与水的混 合液中超声分散均匀得到酸化碳纳米管的分散液。将热塑性聚氨酯纤维膜放入酸化碳纳 米管的分散液中超声20min，超声功率为180W，直至纤维膜变黑，即可得到超亲水导 电复合纤维膜。制得的超亲水导电复合纤维膜的微观形貌图如图2c所示。
(2)导电性和接触角测试，将制得的超亲水导电复合纤维膜用四探针电导率测试仪测试表面5个不同的区域，取平均值，其电导率变化如图2d所示。利用OCA20接触 角测量仪测试复合导电纤维膜的静态水接触角和水下油接触角，将5μL蒸馏水滴滴于 纤维膜表面，为保证结果的准确性，测试5次，取平均值。将5μL油滴滴在浸入水中 的纤维膜表面，为保证结果的准确性，测试5次，取平均值。其接触角变化如图3所示， 从图中可以看出，随着超声功率的提高，复合纤维材料的亲水性和水下超疏油性都有较 为明显的提高。
(3)湿敏与气敏传感性能测试。将得到的超亲水导电复合纤维膜剪成长条状，两端接上导线并涂上导电银浆，在80℃条件下固化12h，即可得到湿敏和气敏测试样品。 湿度和气敏传感测试时，先向锥形瓶内通入高纯氮气以排除里面的湿气，随后再向饱和 盐溶液中通入高纯氮气以获得一定湿度的气体，再通入到测试锥形瓶内，试样的电阻变 化由高阻仪原位的记录下来。其在不同湿度条件下的传感响应曲线如图4所示，图中 a,b,c,d,e分别是超亲水膜在湿度为11％，33％，59％，75％，95％时的湿敏响应曲线，f 为湿度-响应强度关系图。从图中可以看出，随着环境湿度的增加，所制备的湿敏传感 器的响应强度有较为明显的提高，这是由于随着湿度的提高，越来越多的水分子会被复 合纤维吸收，进而使复合纤维电阻的上升。同样地，在测试超亲水导电复合纤维膜的气 敏传感性能时，先向锥形瓶内通入氮气以排除里面的水蒸气，待电阻稳定时，向其中滴 加不同的有机溶剂，实验的电阻变化由高阻仪原位的记录下来。其在不同有机蒸汽中的 传感响应曲线如图5所示，从图5a中可以看出，所制备的气敏传感器在不同有机挥发 性蒸汽中的气敏响应强度有较为明显的区别，在正庚烷蒸汽中的响应强度最小，而在甲 醇蒸汽中的响应强度是最大的。而图5a为气敏传感器在不同浓度的丙酮蒸汽中的气敏 响应曲线，从图中可以看出，随着丙酮浓度的提高，所制备的气敏传感器的响应强度有 很大的提高。待电阻在95％RH条件下到达稳定值时，在其中滴入不同的有机挥发性试 剂，待溶剂蒸汽饱和时，将样品放入锥形瓶中。样品的电阻变化由高阻仪原位地记录下 来。其在高湿环境下对不同有机挥发性溶剂的响应曲线如图6所示，从图6可以看出， 传感器在高湿环境下对有机蒸汽仍有较好的响应性，其中对正庚烷的响应强度最小，对 甲醇的响应强度最高，与在干燥环境下对有机挥发性蒸汽的响应有所区别的是，其响应 强度都会有略微的提高，这可能是由于水蒸气与有机蒸汽对复合纤维具有一定协同作用 造成的。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是将超声功率调整为9W。具体为：称 取0.2g的酸化的多壁碳纳米管，加入到200mL体积比1:4的乙醇与水的混合液中超声 分散均匀得到酸化的多壁碳纳米管的分散液。将纺丝得到的热塑性聚氨酯纤维膜放入酸 化的多壁碳纳米管的分散液中超声20min，超声功率为9W，至纤维膜变色，即可得到 复合纤维膜。复合纤维膜的微观形貌图如图7所示，从图中可以看出，当超声功率较小 时，纤维膜的颜色只是由最初的白色变为灰色，这是由于吸附在纤维表面的酸化的多壁 碳纳米管很少导致的，所得到的复合纤维是电绝缘的，而且其亲水性能较差。
对比例2
本对比例与实施例2基本相同，唯一不同的是将超声功率调整为450W。具体为： 称取0.2g的酸化的多壁碳纳米管，加入到200mL体积比1:4的乙醇与水的混合液中超 声分散均匀得到酸化的多壁碳纳米管的分散液。将纺丝得到的热塑性聚氨酯纤维膜放入 酸化的多壁碳纳米管的分散液中超声20min，超声功率为450W，至纤维膜变色，即可 得到复合纤维膜。其微观形貌图如图8所示，从SEM图中可以看出，当超声功率过大 时，PU纤维表面几乎被酸化的多壁碳纳米管包覆，虽然在一定程度上提高了复合纤维 的导电性，但破坏了PU纤维的完整性，纤维表面吸附的酸化的多壁碳纳米管会嵌入到 纤维里，导致复合纤维亲水能力的下降。
对比例3
本对比例与实施例3基本相同，唯一不同的是将酸化的多壁碳纳米管改成未酸化的 多壁碳纳米管。具体为：称取0.2g的未酸化的多壁碳纳米管，加入到200mL体积比1:4 的乙醇与水的混合液中超声分散均匀得到多壁碳纳米管的分散液。将纺丝得到的热塑性 聚氨酯纤维膜放入多壁碳纳米管的分散液中超声20min，超声功率为180W，至纤维膜 变色，即可得到复合纤维膜。其微观形貌图如图9所示，从SEM图中可以看出，多壁 碳纳米管会部分嵌入到纤维里，由于未酸化的多壁碳纳米管的表面几乎没有含氧基团， 因此得到的复合纤维表现出较好的疏水性能。
从上述实施例和对比例可知，随着超声功率的提高，PU纤维表面吸附的酸化的多壁碳纳米管越来越多，这为提高复合材料的导电性提供了可能。此外，吸附的酸化的多 壁碳纳米管在纤维表面形成了粗糙的结构，并赋予了复合材料优异的亲水性能，制备的 复合材料适用于湿敏传感器和气敏传感器。

Claims (10)

1.超亲水导电复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将酸化的多壁碳纳米管在超声作用下均匀分散在水与乙醇的混合液中，得到酸化的多壁碳纳米管分散液；
步骤2，将热塑性聚氨酯纤维膜置于酸化的多壁碳纳米管分散液中，超声分散，超声功率为45～180W，得到超亲水导电复合纤维膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的酸化的多壁碳纳米管通过将多壁碳纳米管浸没在体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸组成的混酸溶液中酸化处理制得；所述的酸化处理温度为60±10℃，酸化处理时间为6～8h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的酸化的多壁碳纳米管的浓度为1mg/mL～2mg/mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的水与乙醇的混合液中，乙醇与水的体积比为1:4～1:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的热塑性聚氨酯纤维膜通过静电纺丝技术制备，具体纺丝参数为：热塑性聚氨酯纺丝液的浓度为14wt.％，溶剂为质量比为1:4的四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的超声功率为90～180W，所述的超声分散时间为20min～40min。
7.根据权利要求1至6任一所述的制备方法制得的超亲水导电复合纤维膜。
8.根据权利要求7所述的超亲水导电复合纤维膜在湿敏和/或气敏传感器中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，作为气敏传感器应用时，对极性的有机挥发性气体进行检测。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的极性的有机挥发性气体选自正庚烷、丙酮、甲苯、四氢呋喃或甲醇。
CN201910474601.9A 2019-06-03 2019-06-03 超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用 Pending CN110280151A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910474601.9A CN110280151A (zh) 2019-06-03 2019-06-03 超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910474601.9A CN110280151A (zh) 2019-06-03 2019-06-03 超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110280151A true CN110280151A (zh) 2019-09-27

Family

ID=68003197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910474601.9A Pending CN110280151A (zh) 2019-06-03 2019-06-03 超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110280151A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111044582A (zh) * 2019-12-04 2020-04-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法
CN112834576A (zh) * 2021-02-05 2021-05-25 武汉纺织大学 基于吸湿变电阻的纤维基湿度传感器及其制备方法
CN114204085A (zh) * 2021-11-26 2022-03-18 大连理工大学 一种自支撑中空纤维式的质子交换膜
CN114247312A (zh) * 2021-12-30 2022-03-29 扬州大学 具有非对称浸润性的复合纤维膜及其制备方法和在油水分离中的应用
CN115155332A (zh) * 2022-07-07 2022-10-11 南京大学 一种低压电场耦合导电超滤膜原位抗膜污染的方法
CN115521585A (zh) * 2022-10-26 2022-12-27 苏州海晨塑胶有限公司 一种防水防尘型聚酯材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101165127A (zh) * 2007-10-11 2008-04-23 同济大学 一种含碳纳米管水性聚氨酯导电涂料及其制备方法
CN101724981A (zh) * 2009-11-05 2010-06-09 南京大学 一种负载多壁碳纳米管的热塑性聚氨酯薄膜的制备方法
KR20100073753A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 주식회사 효성 내열성 및 강도가 개선된 다공성 분리막, 이의 제조방법 및이를 포함하는 전기화학 소자
CN101870808A (zh) * 2010-06-03 2010-10-27 山东全杰皮革研究所有限公司 碳纳米管聚氨酯复合材料的制备方法
CN104263276A (zh) * 2014-10-27 2015-01-07 武汉大学 碳纳米管改性的高导电高韧性石墨粘胶的制备方法
CN107254158A (zh) * 2017-06-09 2017-10-17 扬州大学 具有气敏效应的导电纳米复合纤维膜及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101165127A (zh) * 2007-10-11 2008-04-23 同济大学 一种含碳纳米管水性聚氨酯导电涂料及其制备方法
KR20100073753A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 주식회사 효성 내열성 및 강도가 개선된 다공성 분리막, 이의 제조방법 및이를 포함하는 전기화학 소자
CN101724981A (zh) * 2009-11-05 2010-06-09 南京大学 一种负载多壁碳纳米管的热塑性聚氨酯薄膜的制备方法
CN101870808A (zh) * 2010-06-03 2010-10-27 山东全杰皮革研究所有限公司 碳纳米管聚氨酯复合材料的制备方法
CN104263276A (zh) * 2014-10-27 2015-01-07 武汉大学 碳纳米管改性的高导电高韧性石墨粘胶的制备方法
CN107254158A (zh) * 2017-06-09 2017-10-17 扬州大学 具有气敏效应的导电纳米复合纤维膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李玉宝，程毅敏主编: "《纳米材料技术研发与应用》", 29 February 2012, 电子科技大学出版社 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111044582A (zh) * 2019-12-04 2020-04-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法
CN112834576A (zh) * 2021-02-05 2021-05-25 武汉纺织大学 基于吸湿变电阻的纤维基湿度传感器及其制备方法
CN114204085A (zh) * 2021-11-26 2022-03-18 大连理工大学 一种自支撑中空纤维式的质子交换膜
CN114204085B (zh) * 2021-11-26 2023-12-22 大连理工大学 一种自支撑中空纤维式的质子交换膜
CN114247312A (zh) * 2021-12-30 2022-03-29 扬州大学 具有非对称浸润性的复合纤维膜及其制备方法和在油水分离中的应用
CN114247312B (zh) * 2021-12-30 2023-09-22 扬州大学 具有非对称浸润性的复合纤维膜及其制备方法和在油水分离中的应用
CN115155332A (zh) * 2022-07-07 2022-10-11 南京大学 一种低压电场耦合导电超滤膜原位抗膜污染的方法
CN115155332B (zh) * 2022-07-07 2023-12-19 南京大学 一种低压电场耦合导电超滤膜原位抗膜污染的方法
CN115521585A (zh) * 2022-10-26 2022-12-27 苏州海晨塑胶有限公司 一种防水防尘型聚酯材料及其制备方法
CN115521585B (zh) * 2022-10-26 2023-08-11 苏州海晨塑胶有限公司 一种防水防尘型聚酯材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110280151A (zh) 超亲水导电复合纤维膜及其制备方法和应用
Zhu et al. Electrostatic self-assembly enabled flexible paper-based humidity sensor with high sensitivity and superior durability
Zhu et al. Cellulose nanofiber/carbon nanotube dual network-enabled humidity sensor with high sensitivity and durability
Srinivasan et al. Room temperature chemiresistive gas sensors: challenges and strategies—a mini review
Qi et al. Carbon nanotube–cellulose composite aerogels for vapour sensing
Feller et al. Novel architecture of carbon nanotube decorated poly (methyl methacrylate) microbead vapour sensors assembled by spray layer by layer
Zhou et al. Surface modification of polysquaraines to sense humidity within a second for breath monitoring
Tang et al. A fast and room-temperature operation ammonia sensor based on compound of graphene with polypyrrole
TWI242639B (en) Humidity sensor element, device and method for manufacturing thereof
Cavallari et al. A hybrid electronic nose and tongue for the detection of ketones: Improved sensor orthogonality using graphene oxide-based detectors
Huang et al. Durable washable wearable antibacterial thermoplastic polyurethane/carbon nanotube@ silver nanoparticles electrospun membrane strain sensors by multi-conductive network
CN110736771B (zh) 一种对低浓度丙酮敏感的氧化锌/四氧化三钴异质结薄膜
Maity et al. MWCNT enabled smart textiles based flexible and wearable sensor for human motion and humidity monitoring
CN108414583A (zh) 湿度传感器及基于氧化石墨烯湿度传感器的改良和制备
Salikhov et al. Nanocomposite thin-film structures based on a polyelectrolyte complex of chitosan and chitosan succinamide with SWCNT
Ma et al. Assembled wearable mechanical sensor prepared based on cotton fabric
Kaur et al. Shelf life study of NiO nanowire sensors for NO 2 detection
CN101669223A (zh) 有机传感器装置及其应用
Kalidoss et al. Recent progress in graphene derivatives/metal oxides binary nanocomposites based chemi-resistive sensors for disease diagnosis by breath analysis
CN113418645B (zh) 基于铁磁纳米线/碳材料的复合型柔性三维力传感器及其制备方法
Cai et al. Sensitive and flexible humidity sensor based on sodium hyaluronate/MWCNTs composite film
CN107254158B (zh) 具有气敏效应的导电纳米复合纤维膜及其制备方法
Zhang et al. A carbon monoxide sensor based on single-walled carbon nanotubes doped with copper chloride
KR102253331B1 (ko) 탄소나노튜브, 은나노입자 및 금속유기 골격체를 이용한 염화이온 센서 및 그 제조방법
Zhang et al. A ppb-level formaldehyde gas sensor based on rose-like nickel oxide nanoparticles prepared using electrodeposition process

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190927