具有Janus结构的柔性可拉伸电子纤维膜材料及制备制造技术

本发明专利技术属于高分子功能复合材料领域，具体涉及一种具有Janus结构的柔性可拉伸纤维膜材料及其制备方法。本发明专利技术提供一种柔性可拉伸电子纤维膜材料的制备方法，所述制备方法为：将导电材料沉积在具有Janus结构的聚合物基纤维膜表面。本发明专利技术采用在具有Janus结构的聚合物基纤维膜表面沉积导电材料制得了一种柔性可拉伸电子材料；所得柔性可拉伸电子材料具有可调节的应变滞后效应，而且在一定应变范围内具有良好的、稳定可控的线性电阻

【技术实现步骤摘要】
具有Janus结构的柔性可拉伸电子纤维膜材料及制备


[0001]本专利技术属于高分子功能复合材料领域，具体涉及一种具有Janus结构(具有两面非对称性表面微结构)的一种柔性可拉伸纤维膜材料(弹性体薄膜应变/压力传感材料)及其制备方法。
[0002]
技术介绍
介绍
[0003]弹性体导电复合材料具有良好的可拉伸特性和导电性能，可以为人机交互、智能控制以及智慧健康与医疗等技术的开发提供材料支持，因此在可拉伸/可穿戴电子领域具有重要应用。其中，基于弹性体的纤维膜功能复合材料因具有良好的贴肤性、共形性和透气性，在可穿戴应变传感器领域具有良好的应用前景。但是由于这类材料的电阻随应变加载呈现非线性的响应特征，因此在实际应用中面临信号处理难度大和难统一的问题。目前看来，与传统的应变传感材料相比，基于弹性体导电复合材料的应变传感器存在的上述性能劣势大大增加了其实际应用的复杂性和成本，也为此限制了其实际应用范围。因此，为了促进柔性电子、物联网、智慧医疗与健康，以及人工智能等技术的发展，开发电阻随应变线性响应的电阻型可拉伸应变传感材料显得十分重要。
[0004]应变传感材料的信号响应特征主要依赖于基体材料的力学行为特点和导电材料在应变作用下的形态变化。具体而言，电信号的线性度十分依赖于材料导电性能在外界机械刺激下的稳定变化情况，其主要由材料的表面力学结构特征与基体/活性层界面作用特点，以及导电网络的稳健性与结构设计共同决定。截至目前，主要有两类方法可以在一定应变范围内实现对电阻随应变响应特征的线性调控。其一，使用高低电阻进行交替组合，通过柔性材料变形引起高低电阻不同程度的变化，在一定应变范围内可以调控电阻增加随应变加载的线性程度；其二，通过构筑具有局部应力集中效应的微结构来设计弹性体材料的力学响应特征，从而调控电阻随应变增加的线性度。前者需要依赖尖端的打印技术来实现高低电阻的交替排布，而后者往往需要借助巧妙的材料设计或者先进的光刻设备来构筑理想的微结构。从规模化加工的角度来说，这两种方法均存在明显的局限性，难以满足市场上所表现出来的柔性传感材料的大批量结构可定制化制备要求。
[0005]柔性电子材料的大量需求促使亟需发展可以规模化与结构定制化的加工方法。而高分子加工工程技术在高分子材料的结构定制化与规模化加工方面具有得天独厚的优势，也是推动高分子材料走向实际应用的关键。具体而言，高分子材料在成形过程中大分子链的流动、取向与松弛行为对外场的作用十分敏感，而且异相组分之间也存在着不同尺度的相互作用。因此，如果能从高分子加工的角度思考解决上述问题的思路，将对整个领域的发展产生重要影响，也有望为降低或消除柔性电子材料领域构筑材料表面微结构对尖端制造技术的依赖提供新方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足与局限性，本专利技术提供一种利用具有两面非对称性微结构的聚合物基纤维膜制得了一种柔性可拉伸电子纤维膜材料及其制备方法，该制备方法能
够规模化与结构可定制化，所制得的纤维膜材料具有较低的力学滞后性，在较宽的应变范围内具有良好、稳定的线性电阻
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机械应变响应特性，同时具有较低的应变与压力检测限，在可穿戴传感器方面具有良好的应用前景。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种柔性可拉伸电子纤维膜材料的制备方法，所述制备方法为：将导电材料沉积在具有Janus结构的聚合物基纤维膜表面。
[0009]进一步，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜指：所述聚合物基纤维膜具有两面非对称性的微结构。
[0010]进一步，所述聚合物为弹性体性质聚合物。
[0011]更进一步，所述聚合物为热塑性弹性体聚合物或含动态共价键结构的弹性体聚合物。
[0012]优选的，所述热塑性弹性体选自：氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃、氯乙烯类、酯类、酰胺类或有机氟类热塑性弹性体。
[0013]所述氨酯类弹性体为热塑性聚氨酯，所述苯乙烯类弹性体选自下述物质中的一种：苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯
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异戊二烯嵌段共聚物、苯乙烯
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乙烯/丙烯
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苯乙烯共聚物、苯乙烯
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乙烯
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丁二烯
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苯乙烯嵌段共聚物。
[0014]进一步，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜是聚合物基纤维膜利用含有周期性微纳结构的刚性模板通过压印处理制得。
[0015]更进一步，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜采用下述方法制得：聚合物先采用静电纺丝法制得纤维膜，然后在纤维膜的其中一面依次盖上含有周期性微纳结构的刚性模板、柔性电路板基材膜；最后对纤维膜进行压印处理制得具有Janus结构的聚合物基纤维膜。
[0016]进一步，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜的制备方法中，所述周期性微纳结构的刚性模板为金属筛网、聚四氟乙烯模板、硅基(硅片)或陶瓷模板。
[0017]进一步，所述聚酯膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚酰亚胺膜。
[0018]进一步，所述柔性膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚酰亚胺膜。
[0019]进一步，所述压印处理指：将纤维膜置于真空热压装置中，于2～6MPa下压制处理5～10min。
[0020]进一步，所述导电材料选自：金属纳米颗粒、金属纳米线、一维碳系导电材料、二维碳系导电材料或导电聚合物中的至少一种。
[0021]进一步，所述金属纳米颗粒或金属纳米线中的金属为银、金、铂或铜。
[0022]本专利技术所述导电材料沉积在具有Janus结构的聚合物基纤维表面的方法采用现有方法即可，如磁控溅射、喷涂或原位还原沉积法。
[0023]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种柔性可拉伸电子纤维膜材料，所述纤维膜材料采用上述方法制得。
[0024]本专利技术要解决的第三个技术问题是指出上述柔性可拉伸电子纤维膜材料在应变传感器或压力传感器中的应用。
[0025]本专利技术要解决的第四个技术问题是提供一种具有Janus结构的聚合物基纤维膜的制备方法，所述制备方法为：聚合物先采用静电纺丝法制得纤维膜，然后采用含有周期性微
区域依然为聚合物纤维；并且两种区域聚合物的杨氏模量满足：熔融“焊接”区域聚合物的杨氏模量与非熔融“焊接”区域聚合物的杨氏模量比值不低于5。本专利技术中，材料的杨氏模量由室温下拉伸力学测试得到，加载速率为50mm/min，测试参考GB/T1040.1。
[0042]本专利技术的有益效果：
[0043]本专利技术制得的具有两面非对称性表面微结构的柔性可拉伸电子纤维膜材料具有如下优点：
[0044]1)本专利技术采用在具有Janus结构的聚合物基纤维膜(具有两面非对称性表面微结构的聚合物基纤维膜)表面沉积导电材料制得了一种柔性可拉伸电子材料；所得柔性可拉伸电子材料具有可调节的应变滞后效应，而且在一定应变范围内具有良好的、稳定可控的线性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性可拉伸电子纤维膜材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将导电材料沉积在具有Janus结构的聚合物基纤维膜表面。2.根据权利要求1所述的一种柔性可拉伸电子纤维膜材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物为弹性体性质聚合物；进一步，所述聚合物为热塑性弹性体聚合物或含动态共价键结构的弹性体聚合物；进一步，所述热塑性弹性体选自：氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃、氯乙烯类、酯类、酰胺类或有机氟类热塑性弹性体；更进一步，所述氨酯类热塑性弹性体为热塑性聚氨酯，所述苯乙烯类热塑性弹性体选自下述物质中的一种：苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯
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异戊二烯嵌段共聚物、苯乙烯
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乙烯/丙烯
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苯乙烯共聚物、苯乙烯
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乙烯
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丁二烯
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苯乙烯嵌段共聚物。3.根据权利要求1或2所述的一种柔性可拉伸电子纤维膜材料的制备方法，其特征在于，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜是聚合物基纤维膜利用含有周期性微纳结构的刚性模板通过压印处理制得；进一步，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜采用下述方法制得：聚合物先采用静电纺丝法制得纤维膜；然后在纤维膜的其中一面依次盖上含有周期性微纳结构的刚性模板和柔性电路板基材膜；最后对纤维膜进行压印处理制得具有Janus结构的聚合物基纤维膜；进一步，所述具有Janus结构的聚合物基纤维膜的制备方法中，所述周期性微纳结构的刚性模板为金属筛网、聚四氟乙烯模板、硅基或陶瓷模板；进一步，所述柔性电路板基材膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚酰亚胺膜。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种柔性可拉伸电子纤维膜材料的制备方法，其特征在于，所述压印处理指：将纤维膜置于真空热压装置中，于2～6MPa下压制处理5～10min；进一步，所述导电材料选自：金属纳米颗粒、金属纳米线、一维碳系导电材料、二维碳系导电材料或导电聚合物中的至少一种；进一步，所述金属纳米颗粒或金属纳米线中的金属为银、金、铂或铜。5.一种柔性可拉伸电子纤维膜材料，其特征在于，所述纤维膜材料采用权利要求1～4任一项所述方法制得。6.权利要求1～4任一项所述方法制得的柔性可拉伸电子纤维膜材料在应变传感器或压力传感器中的应用。7.一种具有Janus结构的聚合物基纤维膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：聚合物先采用静电纺丝法制得纤维膜，然后采用含有周期性微纳结构的刚性模板通过压印处理制得具有Janus结构的聚合物基纤维膜；进一步，所述制备方法为：聚合物先采用静电纺丝法制得纤维膜，然后在纤维膜的其中一面...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯凯，贾进，包睿莹，刘正英，杨鸣波，杨伟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：