一种纤维素基柔性电子材料的制备方法转让专利
申请号 : CN202110188203.8
文献号 : CN112982013B
文献日 : 2022-05-20
发明人 : 王文亮 , 王旭彪 , 任肖肖 , 谢旻希 , 刘汉斌 , 赵兴金
申请人 : 陕西科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:将聚乙烯醇加入去离子水中,加热并持续搅拌,冷却后得到聚乙烯醇溶液;将丙三醇加入去离子水中并持续搅拌,得到甘油溶液;
步骤二:将上述聚乙烯醇溶液、甘油溶液进行混合制备聚乙烯醇/甘油溶液,通过搅拌混合均匀;
步骤三:将氟化锂溶解在盐酸溶液中,室温下混合后在搅拌下加入碳钛化铝,持续搅拌并将温度升至30~50℃反应24~36h,固体沉淀经离心分离得到二维过渡族金属碳化物粉末,将二维过渡族金属碳化物粉末用去离子水洗涤至上层清液pH值>6,然后将二维过渡族金属碳化物粉末加入去离子水中并在流动氩气保护下进行超声处理,随后进行离心,得到二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液;
步骤四:将聚乙烯醇/甘油溶液与二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液通过搅拌进行混合,得到混合均匀的聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液;
步骤五:向聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液中,再加入聚乙烯醇/甘油溶液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液;
步骤六:在聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液中,再加入二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液;
步骤七:将纸张浸渍在上述聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液中,得到纤维素复合薄膜;
步骤八:将上述纤维素复合薄膜铺平在基板上,然后干燥,得到可导电的纤维素基塑料薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤一中将聚乙烯醇加入去离子水中,加热至85~95℃并持续搅拌2~4h,且所述的聚乙烯醇与去离子水的质量比为1:(11~15)。
3.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤一中将丙三醇加入去离子水中并持续搅拌20~30min,得到甘油溶液,且所述的丙三醇与去离子水的质量比为1:(16~20)。
4.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤二中所述的聚乙烯醇溶液和甘油溶液的质量比1:(0.5~1)。
5.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤三中盐酸溶液的浓度为6mol/L,所述氟化锂与盐酸溶液质量比为1:(0.8~1.2),室温下混合5~30min后,得到氟化锂/盐酸溶液,然后在磁力搅拌下加入碳钛化铝,所述氟化锂/盐酸溶液与碳钛化铝质量比为1:(0.3~0.5),加入速度为0.8~1.2g/min,加入时间为1min。
6.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤三中超声处理时,超声功率为600~800w,超声时间为0.5~1h;离心时,转速为3000~4500r/min,时间为0.5~1h。
7.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤四中将聚乙烯醇/甘油溶液与二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液通过磁力搅拌器进行混合,搅拌温度为25~40℃,搅拌时间为0.5~1h,且所述二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液 与聚乙烯醇/甘油溶液的质量比为1:(6~20)。
8.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤五中所述聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液与聚乙烯醇/甘油溶液的质量比为
1:(0.5~1);步骤六中所述二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液与聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液质量比为1:(5~10)。
9.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤七2
中纸张定量为8~12g/m,浸渍温度为25~35℃,浸渍时间为5~300s。
10.根据权利要求1所述的一种纤维素基柔性电子材料的制备方法,其特征在于,步骤八中干燥温度为50~70℃,干燥时间为10~25min。
说明书 :
一种纤维素基柔性电子材料的制备方法
技术领域
背景技术
新月异的柔性电子产品/概念的出现开辟了未来电子领域的新前景,在信息、能源、医疗及
国防等领域显现出了巨大的应用潜力,如柔性电子显示器、有机发光二极管、薄膜太阳能电
池板等。与传统电子设备相比,柔性电子具有独特的柔韧性,在可变形性、异形曲面贴合、便
携性、装饰性等方面具有明显优势。理想情况下,新型柔性电子产品可以任意弯曲、拉伸、压
缩、扭曲,并在变形为复杂的、非平面形状的同时,保持其良好的灵敏度、可靠性和集成性。
因此,基于柔性电子的穿戴式电子传感器在运动监测、人机界面、疾病诊断、健康监测等领
域发挥着重要作用,成为当前柔性电子材料与器件主要研究热点之一。
烯酸酯、聚酰胺‑聚醚嵌段共聚物等)引入导电介质,在其内部形成导电通路从而赋予其导
电性能。二维过渡族金属碳化物由于其独特且可控的化学结构,优异的亲水能力,氧化还原
特性以及类金属导电性能,使其成为传感器的理想材料。
等缺陷,缺乏柔韧性、变形性和延展性,严重制约了其在柔性电子器件等领域的应用。
发明内容
发明能够获得柔韧性、生物相容性和生物降解性能良好的纤维素基柔性电子材料,为高效
发展绿色柔性电子提供新思路。
物粉末,将二维过渡族金属碳化物粉末用去离子水洗涤至上层清液pH值>6,然后将二维过
渡族金属碳化物粉末加入去离子水中并在流动氩气保护下进行超声处理,随后进行离心,
得到二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液;
钛化铝,所述氟化锂/盐酸溶液与碳钛化铝质量比为1:(0.3~0.5),加入速度为0.8~1.2g/
min,加入时间为1min。
渡族金属碳化物溶液与聚乙烯醇/甘油溶液的质量比为1:(6~20)。
浮液与聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液质量比为1:(5~10)。
料制成的传感器以及传统用作柔性基底材料的不可降解聚合物。
规整性,进而使聚乙烯醇分子链内和分子链间的氢键强度减弱。同时过量的甘油也会进入
聚乙烯醇的晶区外层,破坏聚乙烯醇的结晶结构,导致其结晶度下降。此方式有利于增加聚
乙烯醇的塑性,降低聚乙烯醇的熔融温度,提高聚乙烯醇的断裂伸长率。
面,薄膜粗糙的一面确保了与二维过渡族金属碳化物材料良好的表面附着力。
成双层结构,层间有范德华力,同时二维过渡族金属碳化物的羟基与聚乙烯醇/甘油溶液中
的羟基形成新的氢键。通过第二次共混使聚乙烯醇/甘油溶液/二维过渡族金属碳化物溶液
形成多层结构,可有效增大比表面积,提升纤维素基柔性电子材料的导电率,增大纤维素基
柔性电子材料的耐折度和力学强度。
具体实施方式
钛化铝质量比为1:(0.3~0.5),加入速度为0.8~1.2g/min,加入时间为1min,持续磁力搅
拌并将温度升至30~50℃反应24~36h。固体沉淀经离心分离得到二维过渡族金属碳化物
粉末,将二维过渡族金属碳化物粉末用去离子水洗涤至上层清液pH值>6,然后将二维过渡
族金属碳化物粉末加入去离子水中并在流动氩气保护下进行超声处理,超声功率为600~
800w,超声时间为0.5~1h,随后在离心机上进行离心,转速为3000~4500r/min,时间为0.5
~1h,得到二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液;
烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液,所述二维过渡族金属碳化物溶液与聚乙烯
醇/甘油溶液的质量比为1:(6~20);
为1:(0.5~1),得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液;
甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液质量比为1:(5~10),得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡
族金属碳化物溶液;
张为单层低定量生活用纸;
义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而并非意图限制根据本发明的
示例性实施方式。
将1g氟化锂溶解在0.8g盐酸溶液中,室温下混合5min后在磁力搅拌下缓慢加入0.54g碳钛
化铝,加入速度为0.8g/min,加入时间为1min,持续磁力搅拌并将温度升至30℃反应36h,固
体沉淀经离心分离得到二维过渡族金属碳化物粉末,将二维过渡族金属碳化物粉末用去离
子水洗涤至上层清液pH值>6,然后将二维过渡族金属碳化物粉末加入去离子水中并在流动
氩气保护下进行超声,超声功率为600w,超声时间为1h,随后在离心机上进行离心,转速为
3000r/min,时间为1h,得到二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液;将上述50g聚乙烯醇溶
液、25g甘油溶液进行混合制备聚乙烯醇/甘油溶液,通过搅拌混合均匀;将上述60g聚乙烯
醇/甘油溶液与上述10g二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液通过磁力搅拌器进行混合,
搅拌温度为25℃,搅拌时间为1h,得到混合均匀的聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物
一级溶液;在50g聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液中,再加入25g聚乙烯醇/
甘油溶液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液;在50g上述聚乙烯醇/甘
油/二维过渡族金属碳化物二级溶液中,再加入10g二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮
2
液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液;将定量为8g/m的纸张浸渍在上述聚
乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液中,浸渍温度为25℃,浸渍时间为5s,得到纤维素
复合薄膜;将上述纤维素复合薄膜铺平在玻璃板上,将玻璃板放入烘箱中干燥,干燥温度为
50℃,干燥时间为10min,得到纤维素基柔性电子薄膜。纤维素基柔性电子薄膜的电阻为0.5
Ω/sq,弯曲900次导电性仍稳定不变。
1g氟化锂溶解在1.2g盐酸溶液中,室温下混合30min后在磁力搅拌下缓慢加入1.1g碳钛化
铝,加入速度为1.2g/min,加入时间为1min,持续磁力搅拌并将温度升至50℃反应24h,固体
沉淀经离心分离得到二维过渡族金属碳化物粉末,将二维过渡族金属碳化物粉末用去离子
水洗涤至上层清液pH值>6,然后将二维过渡族金属碳化物粉末加入去离子水中并在流动氩
气保护下进行超声剥离,超声功率为800w,超声时间为0.5h,随后在离心机上进行离心,转
速为4500r/min,时间为0.5h,得到二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液;将上述50g聚乙
烯醇溶液、50g甘油溶液进行混合制备聚乙烯醇/甘油溶液,通过搅拌混合均匀;将100g上述
聚乙烯醇/甘油溶液与5g上述二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液通过磁力搅拌器进行
混合,搅拌温度为40℃,搅拌时间为0.5h,得到混合均匀的聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属
碳化物一级溶液;在50g聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液中,再加入50g聚
乙烯醇/甘油溶液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液;在50g上述聚乙
烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液中,再加入5g二维过渡族金属碳化物稳定胶态
2
悬浮液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液;将定量为12g/m的纸张浸渍在
上述聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液中,浸渍温度为35℃,浸渍时间为300s,得
到纤维素复合薄膜;将上述纤维素复合薄膜铺平在玻璃板上,将玻璃板放入烘箱中干燥,干
燥温度为70℃,干燥时间为25min,得到可导电的纤维素基塑料薄膜。纤维素基柔性电子薄
膜的电阻为2.5Ω/sq,弯曲1000次导电性仍稳定不变。
将1g氟化锂溶解在1g盐酸溶液中,室温下混合20min后在磁力搅拌下缓慢加入0.8g碳钛化
铝,加入速度为1g/min,加入时间为1min,持续磁力搅拌并将温度升至40℃反应32h。固体沉
淀经离心分离得到二维过渡族金属碳化物粉末,将二维过渡族金属碳化物粉末用去离子水
洗涤至上层清液pH值>6,然后将二维过渡族金属碳化物粉末加入去离子水中并在流动氩气
保护下进行超声剥离,超声功率为700w,超声时间为0.75h,随后在离心机上进行离心,转速
为4000r/min,时间为0.75h,得到二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液;将50g上述聚乙
烯醇溶液、35g甘油溶液进行混合制备聚乙烯醇/甘油溶液,通过搅拌混合均匀;将80g上述
聚乙烯醇/甘油溶液与10g上述二维过渡族金属碳化物稳定胶态悬浮液通过磁力搅拌器进
行混合,搅拌温度为35℃,搅拌时间为0.75h,得到混合均匀的聚乙烯醇/甘油/二维过渡族
金属碳化物一级溶液;在50g聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物一级溶液中,再加入
35g聚乙烯醇/甘油溶液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液;在50g上述
聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物二级溶液中,再加入7g二维过渡族金属碳化物稳定
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胶态悬浮液,得到聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液;将定量为10g/m 的纸张浸
渍在上述聚乙烯醇/甘油/二维过渡族金属碳化物溶液中,浸渍温度为30℃,浸渍时间为
100s,得到纤维素复合薄膜;所述的纸张为单层低定量生活用纸;将上述纤维素复合薄膜铺
平在玻璃板上,将玻璃板放入烘箱中干燥,干燥温度为60℃,干燥时间为15min,得到可导电
的纤维素基塑料薄膜。纤维素基柔性电子薄膜的电阻为5Ω/sq,弯曲1100次导电性仍稳定
不变。
有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。