本發(fā)明屬于濕敏材料，具體為一種濕度敏感材料以及濕度敏感器件的制備方法。

背景技術(shù)：

1、濕度敏感材料是指一類能夠?qū)ν饨绛h(huán)境濕度變化作出響應(yīng)的特種材料，它們具有在不同濕度條件下物理或化學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化的特性。這類材料廣泛應(yīng)用于傳感器、智能紡織品、防潮包裝、濕度控制等領(lǐng)域。常見的濕度敏感材料包括吸濕性聚合物、濕度敏感陶瓷、濕度感應(yīng)粉末等。這些材料的工作原理通常是基于吸濕膨脹或脫濕收縮的物理過(guò)程，或是通過(guò)濕度引起材料內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。由于其獨(dú)特的濕敏性能，濕度敏感材料在保障產(chǎn)品質(zhì)量、改善人們生活環(huán)境和開發(fā)新型智能系統(tǒng)等方面發(fā)揮著重要作用。

2、但是傳統(tǒng)的濕度敏感材料主要依賴于單一的濕度響應(yīng)機(jī)制，往往存在響應(yīng)速度慢、精度不高、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。這些材料通常缺乏對(duì)復(fù)雜環(huán)境因素的適應(yīng)能力，如溫度變化對(duì)濕度響應(yīng)的干擾，限制了其應(yīng)用范圍和效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：為了解決上述提出的問(wèn)題，提供一種濕度敏感材料以及濕度敏感器件的制備方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種濕度敏感材料，所述材料包括：

3、納米聚合物基體：

4、納米纖維素：20-30重量份；

5、納米二氧化硅：5-15重量份；

6、生物濕度敏感成分：

7、殼聚糖：10-20重量份；

8、海藻酸鈉：5-15重量份；

9、智能響應(yīng)性成分：

10、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物：5-15重量份；

11、溫度響應(yīng)性聚合物微球：3-7重量份；

12、增塑劑與相容劑：

13、1,2－丙二醇：3-7重量份；

14、相容劑：1-3重量份；

15、交聯(lián)劑：

16、環(huán)氧氯丙烷：0.5-1.5重量份；

17、納米分散劑：

18、磷酸酯類分散劑：0.5-1.5重量份；

19、功能性添加劑：

20、導(dǎo)電碳納米管：1-3重量份；

21、防霉抗菌劑：0.5-1.5重量份。

22、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述溫度響應(yīng)性聚合物微球包括：?jiǎn)误wn-異丙基丙烯酰胺、交聯(lián)劑n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺、引發(fā)劑過(guò)硫酸銨、分散劑聚乙烯醇或十二烷基硫酸鈉和溶劑去離子水；

23、所述溫度響應(yīng)性聚合物微球的制備過(guò)程包括：

24、a.?溶液配制：配制nipam單體溶液：將nipam溶解在去離子水中，濃度一般為10%～20%?(w/v)；配制交聯(lián)劑溶液：將mba溶解在去離子水中，濃度一般為1%～5%?(w/v)；配制引發(fā)劑溶液：將aps溶解在去離子水中，濃度一般為0.1%～0.5%?(w/v)；配制分散劑溶液：將pva或sds溶解在去離子水中，濃度根據(jù)需要調(diào)整。

25、b.?微球合成：將nipam單體溶液、交聯(lián)劑溶液和分散劑溶液混合，攪拌均勻。加入引發(fā)劑溶液，快速攪拌以形成均勻的預(yù)聚體溶液。將預(yù)聚體溶液倒入熱油浴或水浴中，溫度控制在70-80°c，進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)。反應(yīng)3小時(shí)后，形成pnipam微球。

26、c.?微球分離與純化：反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用離心機(jī)分離出pnipam微球。用去離子水洗滌微球多次，以去除未反應(yīng)的單體和雜質(zhì)。將洗滌后的微球重新分散在去離子水中，得到純凈的pnipam微球懸浮液。

27、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述制備方法包括以下步驟：

28、s1:對(duì)納米纖維素和納米二氧化硅進(jìn)行表面改性處理，以提高其在聚合物基體中的分散性；

29、s2:將改性后的納米纖維素和納米二氧化硅混合，加入適量溶劑進(jìn)行攪拌，形成均勻的納米聚合物基體懸浮液；

30、s3:向上述懸浮液中逐步加入殼聚糖和海藻酸鈉，持續(xù)攪拌至完全溶解和均勻分布；

31、s4:將丙烯酰胺-丙烯酸共聚物和溫度響應(yīng)性聚合物微球逐步加入混合液中，繼續(xù)攪拌以確保均勻混合；

32、s5:向混合液中加入1,2-丙二醇和相容劑，攪拌均勻，以改善材料的加工性能和相容性；

33、s6:加入環(huán)氧氯丙烷作為交聯(lián)劑，同時(shí)加入磷酸酯類分散劑，攪拌均勻，以促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)和納米材料的分散；

34、s7:將混合液倒入模具中，進(jìn)行成型處理，隨后進(jìn)行干燥、固化等后處理步驟，以獲得最終的濕度敏感材料。

35、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s1中，前處理具體操作為：將納米纖維素分散于乙醇溶液中，加入適量硅烷偶聯(lián)劑，超聲處理30分鐘，然后置于60℃水浴中攪拌2小時(shí)，最后離心洗滌，干燥得到改性納米纖維素。對(duì)于納米二氧化硅，采用氨丙基三乙氧基硅烷進(jìn)行表面修飾，以改善其分散性和親水性。

36、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s2中，將改性后的納米纖維素和納米二氧化硅按照nfc:sio2?=?2:1的比例混合，加入適量去離子水作為溶劑，使用高速分散機(jī)以1000-1500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30分鐘，形成均勻的懸浮液。為了進(jìn)一步確保納米材料的均勻分散，可以采用超聲波分散器對(duì)懸浮液進(jìn)行超聲處理，超聲功率設(shè)置為200—300w，處理時(shí)間10～15分鐘。通過(guò)這樣的混合過(guò)程，可以確保納米聚合物基體具有良好的分散性和均勻性，為后續(xù)步驟打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

37、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s3中，將海藻酸鈉緩慢加入到去離子水中，邊加邊攪拌，直至完全溶解，形成2%～4%的海藻酸鈉溶液。隨后，將這兩種溶液按照殼聚糖溶液:海藻酸鈉溶液?=?1:1的比例逐步加入到上述納米聚合物基體懸浮液中，使用磁力攪拌器以500-700rpm的轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌1-2小時(shí)，確保生物濕度敏感成分與納米聚合物基體充分混合和均勻分布。

38、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s4中，首先，將丙烯酰胺-丙烯酸共聚物溶解于去離子水中，制備成5%～10%的溶液。然后，將溫度響應(yīng)性聚合物微球分散于去離子水中，超聲處理10～15分鐘，使其形成均勻地分散液。接著將這兩種溶液按照丙烯酰胺-丙烯酸共聚物溶液:溫度響應(yīng)性聚合物微球分散液?=?2:1，逐步加入到上述混合液中，使用高速分散機(jī)以1000-1500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30分鐘。

39、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s5中，先取1,2-丙二醇作為增塑劑，按照混合液總質(zhì)量的5%～10%的比例緩慢加入到混合液中，邊加邊攪拌，直至完全溶解。然后，加入相容劑，按照混合液總質(zhì)量的1%～3%的比例加入，繼續(xù)攪拌30分鐘，確保增塑劑和相容劑與混合液充分混合。攪拌速度控制在500-700rpm，溫度保持在室溫即可。通過(guò)加入增塑劑與相容劑，可以有效提升材料的柔韌性、加工性能和相容性。

40、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s6中，首先取環(huán)氧氯丙烷作為交聯(lián)劑，按照混合液總質(zhì)量的0.5%～1.5%的比例緩慢加入到混合液中，邊加邊攪拌，攪拌速度控制在500-700rpm，持續(xù)攪拌30分鐘。然后，加入磷酸酯類分散劑，按照混合液總質(zhì)量的0.5%～1.5%的比例加入，繼續(xù)攪拌30分鐘，確保交聯(lián)劑和分散劑與混合液充分混合。在這一步驟中，可以適當(dāng)加熱至40-50℃，以促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行。通過(guò)交聯(lián)與分散處理，可以形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升材料的力學(xué)性能和濕度敏感性能。

41、在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述步驟s7中，首先，將經(jīng)過(guò)交聯(lián)與分散處理的混合液倒入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中，模具的材質(zhì)可以是聚四氟乙烯（ptfe）或硅橡膠，以便于脫模。倒入過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生氣泡，可以通過(guò)振動(dòng)或輕輕敲擊模具的方式排除氣泡。然后，將模具置于室溫下靜置24小時(shí)，使材料初步固化。接下來(lái)，將模具轉(zhuǎn)移至烘箱中進(jìn)行熱處理，設(shè)置烘箱溫度為60-80℃，保持24—48小時(shí)，以確保材料完全固化并形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。熱處理結(jié)束后，將模具從烘箱中取出，待其冷卻至室溫后進(jìn)行脫模操作，得到成型的濕度敏感材料。

42、脫模后，對(duì)材料進(jìn)行后處理，包括表面打磨和清洗。表面打磨可以使用砂紙或拋光機(jī)進(jìn)行，去除表面的不平整和雜質(zhì)，提高材料的表面光潔度。清洗則使用去離子水或乙醇，將材料表面的殘留物和雜質(zhì)清除干凈。最后將清洗后的材料置于干燥箱中，在40-50℃的溫度下干燥24小時(shí)，以確保材料內(nèi)部水分完全蒸發(fā)，達(dá)到最佳的使用狀態(tài)。

43、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

44、1、本發(fā)明中，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物確保了材料在濕度響應(yīng)方面的優(yōu)異性能。這種共聚物具有高度的水溶性和吸濕性，能夠迅速吸收環(huán)境中的水分，導(dǎo)致其體積和形態(tài)發(fā)生顯著變化。隨著環(huán)境濕度的降低，共聚物能夠釋放吸收的水分，恢復(fù)到初始狀態(tài)。這種特性使得濕度敏感材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度變化的快速、準(zhǔn)確響應(yīng)。此外，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的引入還提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，使其在各種環(huán)境條件下都能保持穩(wěn)定的性能。

45、2、本發(fā)明中，溫度響應(yīng)性聚合物微球?yàn)闈穸让舾胁牧腺x予了額外的智能響應(yīng)特性。這些微球具有獨(dú)特的溫度敏感性，能夠在特定溫度范圍內(nèi)發(fā)生體積相變，從而影響材料的整體性能。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，微球會(huì)吸收或釋放熱量，導(dǎo)致其體積膨脹或收縮，這種體積變化進(jìn)一步傳遞到濕度敏感材料中，使其對(duì)溫度變化作出響應(yīng)。這種雙重響應(yīng)特性濕度響應(yīng)和溫度響應(yīng)使得材料在復(fù)雜環(huán)境條件下能夠更加精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)濕度，提高了材料的智能化水平。同時(shí)，微球的引入還改善了材料的加工性能和成型效果，使其更容易制備成各種形狀和尺寸的濕度敏感元件。