摘要
随着社会快速的发展，高性能、低成本、便携的柔性湿度传感器在医疗保健、食品储存等行业具有广泛的应用。目前，柔性湿度传感器的基材主要有织物、聚合物膜、纸质材料等。与传统柔性基材相比，熔喷非织造材料有制备过程简单、柔韧、透气性好、成本低等优势，适合做柔性传感器的基底材料。聚电解质因具有湿度敏感性好、成本低、易加工和兼容性强的优点，可以作为柔性湿度传感器的湿敏传感材料，但也存在高湿下易潮解的问题。因此，本文选用生物可降解的聚乳酸熔喷非织造材料(PLA MB)作为柔性湿度传感器的基底材料，选用聚电解质2-(二甲氨基(甲基丙烯酸乙酯季铵盐(DEB)作为湿敏传感材料，并分别掺杂甲基丙烯酸甲酯(MMA)和聚苯胺(PANI)对其改进，然后，将这些湿敏传感材料负分别载在PLA MB表面，以制备PLA MB基的柔性湿度传感器。本文的研究可以为制备以非织造材料基材的柔性湿度传感器提供新的思路。 首先，将不同配比的DEB与MMA混合，并以1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)为交联剂，通过紫外光固化反应将DEB/MMA负载在PLAMB表面，制得DEB/MMA@PLA MB柔性湿度传感器。研究发现，DEB/MMA在PLA MB表面负载后可均匀成膜;相比于原PLAMB,DEB/MMA@PLAMB柔性湿度传感器的终止热分解温度升高;当DEB/MMA为1∶2时，DEB/MMA@PLA MB传感器在相对湿度从10％到90％变化范围内具有良好的传感性能，较高的线性度(R2=0.970),快速的响应时间(10～80 s),且具有较好的循环稳定性和长期稳定性。与原PLAMB相比，DEB/MMA@PLAMB柔性湿度传感器的拉伸强度有所下降，但其断裂伸长率有显著提高。 其次，采用化学氧化法，以苯胺为单体、以过硫酸铵(SSA)为氧化剂，以磺基水杨酸(APS)为掺杂酸，合成了PANI,在DEB/MMA为1∶2的聚电解质中掺杂不同质量的PANI,并通过紫外光固化反应将不同质量比的PANI/DEB/MMA负载在PLA MB表面，制得PANI/DEB/MMA@PLA MB柔性湿度传感器。结果表明:PANI/DEB/MMA在PLA MB表面均匀成膜;与DEB/MMA@PLAMB传感器相比，PANI/DEB/MMA@PLA MB柔性湿度传感器的终止热分解温度提高;当PANI掺杂量为3％时，PANI/DEB/MMA@PLA MB传感器在相对湿度从10％到90％变化范围内具有更优的传感性能，较高的线性度(R2=0.997),更短的响应时间(10～30 s),且具有较好的长期稳定性和循环稳定性。与DEB/MMA@PLA MB柔性湿度传感器相比，PANI/DEB/MMA@PLA MB传感器的拉伸强度与其断裂伸长率都有显著提高。 最后，采用丝网印刷法将石墨烯（GPE）印刷在PLA MB表面，得到具有GPE导电涂层的PLA MB（G-PLA MB）,再将最佳配比的PANI/DEB/MMA通过紫外光固化交联反应负载在G-PLA MB表面，制得PANI/DEB/MMA@G-PLA MB柔性湿度传感器。通过表征与测试，研究发现:PANI/DEB/MMA在G-PLAMB表面形成具有较大比表面积的膜;经GPE涂覆后，PANI/DEB/MMA@G-PLAMB柔性湿度传感器的终止热分解温度进一步提高;与上述两种传感器相比，PANI/DEB/MMA@G-PLA MB传感器在相对湿度从10％到90％变化范围内具有最优的传感性能，线性度最高（R2=0.992）,响应时间也明显缩短（5～15s）,且具有最好的长期稳定性和较好的循环稳定性。
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