本發(fā)明涉及一種具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠復(fù)合高分子材料，具體涉及具有水傳感功能且柔性導(dǎo)電的纖維素氣凝膠高分子復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

凝膠中脫去溶劑的之后，其內(nèi)部空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿氣體介質(zhì)，外表呈固體狀，這即是干凝膠，也稱之為氣凝膠。氣凝膠作為一種介孔和微孔的結(jié)構(gòu)材料。氣凝膠具有低密度(密度范圍可在0.003-0.500g/cm-3)，高孔隙率(孔隙率可達(dá)到80％-99.8％)，高比表面積(比表面積高達(dá)200-1500m2/g)等特點(diǎn)。碳材料的氣凝膠在許多方面有廣泛的應(yīng)用，如建筑材料、高效隔熱材料、儲(chǔ)能器件、航天航空、環(huán)境保護(hù)、傳感器等方面。

纖維素作為自然界儲(chǔ)存量最大，分布最廣，大自然中分布最廣泛的可再生的天然聚合物，是植物細(xì)胞壁的主要組成物質(zhì)。而且它與合成高分子相比較具有無毒，無污染，易于改性，生物相容好等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年合成的纖維素在1010到1011噸，同樣被損壞的也接近這個(gè)數(shù)值。纖維素的來源不僅是植物，還有一部分纖維素是通過微生物合成的細(xì)菌纖維素，因此纖維素可以說是一種取之不盡，用之不竭的可再生資源。

碳納米管作(cnts)是石墨稀片的原子繞其針狀軸旋轉(zhuǎn)地空心圓筒，是一維納米材料。最早在1991年，日本科學(xué)家lijima博士，采用電弧放電法在碳纖維中發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管(mcnts),之后又發(fā)現(xiàn)了單壁碳納米管(scnts)。因?yàn)樘技{米管表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)特性。碳納米管的c-c鍵是由sp2雜化而成，是自然界最強(qiáng)的鍵之一因此具有良好的機(jī)械性能，其楊氏模量可到1.2tpa,拉伸強(qiáng)度時(shí)鋼鐵的幾百倍，并且能夠在力學(xué)性能破壞前經(jīng)受強(qiáng)大應(yīng)變。與此同時(shí)碳納米管之間的碳原子的sp2雜化，這使得碳原子的p電子可以在碳納米管表面形成離域的大π鍵，所以這也同時(shí)賦予了碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)性能，它的電阻率可達(dá)到10-6ω*m。特別是在電學(xué)和力學(xué)方面的應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用，如電磁屏蔽系統(tǒng)、柔性傳感電子器件、納米復(fù)合增強(qiáng)材料、太陽能電池等。

目前，碳納米管氣凝膠也是成為近幾年來的研究熱點(diǎn)。目前有許多的關(guān)于碳納米管的氣凝膠材料。其中純碳納米管氣凝膠(cao,ay,etal.since,2005,310,1307-1310)、合成高分子填充的碳納米管氣凝膠(mateusz,b.b.etal.adv.mater,2007,19.661-664)、石墨稀和碳納米管復(fù)合的氣凝膠(cn104495780a)等。但是目前關(guān)于碳納米管和天然高分子纖維素復(fù)合的氣凝膠鮮有少見。其中在2013年德國科學(xué)家采用體相共混的方法，將多壁碳納米管和纖維素高分子復(fù)合制備得到多功能的氣凝膠材料(h.qi,etal.j.mater.chem.a1(2013)2161–2168)。但是采用體相共混的方式，需要消耗大量的碳納米管，特別是在制備高靈敏的傳感材料時(shí)，因?yàn)樘技{米管分散在高分子內(nèi)部，其電學(xué)和力學(xué)性能會(huì)受到較大的影響。所以我們采用新的制備工藝方法，充分結(jié)合碳納米管優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性能，采用層狀共混的制備工藝，將天然高分子纖維素與碳納米管復(fù)合制備得到具有水傳感功能的柔性傳感導(dǎo)電氣凝膠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠及其制備方法。

本發(fā)明目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠的制備方法該方法是，首先碳納米管的分散溶液滴涂在載體表面形成導(dǎo)電層，再將天然纖維素活化后溶解得到纖維素高分子溶液，采用層狀共混的方式將纖維高分子溶液均勻滴涂在碳納米管導(dǎo)電層表面得到了復(fù)合水凝膠。最后冷凍干燥得到具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠，具體包括以下步驟：

(1)將酸化處理后的碳納米管分散到有溶劑中，然后將碳納米管滴涂在玻璃基底上，最后得到的碳納米管導(dǎo)電層的質(zhì)量為9-18mg。

步驟(1)所述的溶劑為乙醇、異丙醇或甲醇中的一種溶劑中。

(2)將干燥的天然纖維素漿柏，在高錳酸鉀和n,n二甲基乙酰胺的混合溶液中，在100-160℃加熱，活化1-2小時(shí)，然后抽濾，獲得活化的天然纖維素。

(3)將步驟(2)得到的天然纖維素與n,n二甲基乙酰胺和氯化鋰的混合溶液，在100-180℃加熱，反應(yīng)時(shí)間為2-4小時(shí)，再在室溫下攪拌16-24小時(shí)，得到濃度為5-10mg/ml的纖維素高分子溶液。

將步驟(3)的得到纖維素高分子溶液均勻滴涂在步驟(1)的碳納米管導(dǎo)電層上，接著用乙醇溶液洗滌纖維素高分子溶液表面，再在水溶液中浸泡18-24小時(shí)，得到高分子復(fù)合水凝膠。

將步驟(4)制備的高分子復(fù)合水凝膠，在-50℃，下冷凍干燥20-24小時(shí)，得到碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠。

本發(fā)明與現(xiàn)有的發(fā)明相比較的效益：

1、以碳納米管和天然纖維素漿柏為原料，制備具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠，其原料豐富易得。

2、該工藝方法操作簡單，采用層狀共混的制備工藝，將可再生纖維素高分子與碳納米管表面復(fù)合，得到了具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠。

3，制備得到的碳納米管氣凝膠具有多孔、柔性的導(dǎo)電性同時(shí)還具備水傳感效應(yīng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠的工藝流程圖。

圖2是碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠的電阻率和導(dǎo)電性能展示圖。

圖3是碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠的掃描電鏡圖。

圖4是碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠的水傳感圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種具有水傳感功能的碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠，由碳納米管和纖維素高分子復(fù)合，層狀共混制備得到，充分利用了碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電性能和纖維素的多孔柔性的特點(diǎn)相結(jié)合。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明

實(shí)施例1：

(1)將酸化處理后的碳納米管分散到乙醇溶劑中，然后將碳納米管滴涂在玻璃基底上，最后得到的碳納米管導(dǎo)電層的質(zhì)量為9mg。

(3)將干燥的天然纖維素漿柏，在高錳酸鉀和n,n二甲基乙酰胺的混合溶液中，在160℃加熱，攪拌1小時(shí)，然后抽濾，獲得活化的天然纖維素。

(4)將步驟(2)活化后的天然纖維素與n,n二甲基乙酰胺和氯化鋰的混合溶液，在100℃加熱，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，在室溫下攪拌24小時(shí)，得到濃度為10mg/ml的纖維素高分子溶液。

(5)將2.1ml纖維素高分子溶液均勻滴涂在步驟(1)的碳納米管導(dǎo)電層上，接著用乙醇溶液洗滌纖維素高分子溶液表面，再在水溶液中浸泡24小時(shí)，得到高分子復(fù)合水凝膠。

(6)將制備的高分子復(fù)合水凝膠，在-50℃，下冷凍干燥20小時(shí)，得到碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠。

制備得到的碳納米導(dǎo)電氣凝膠的電阻率為0.009ohmm,將碳納米導(dǎo)電氣凝膠浸泡在水中在50秒內(nèi)電阻率增大了1.5倍。

實(shí)施例2：

(1)將酸化處理后的碳納米管分散到乙醇溶劑中，然后將碳納米管滴涂在玻璃基底上，最后得到的碳納米管導(dǎo)電層的質(zhì)量為12mg。

(3)將干燥的天然纖維素漿柏，在高錳酸鉀和n,n二甲基乙酰胺的混合溶液中，在160℃加熱，攪拌1小時(shí)，然后抽濾，獲得活化的天然纖維素。

(4)將步驟(2)活化后的天然纖維素與n,n二甲基乙酰胺和氯化鋰的混合溶液，在100℃加熱，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，在室溫下攪拌24小時(shí)，得到濃度為5mg/ml的纖維素高分子溶液。

(5)將1.8ml纖維素高分子溶液均勻滴涂在步驟(1)的碳納米管導(dǎo)電層上，接著用乙醇溶液洗滌纖維素高分子溶液表面，再在水溶液中浸泡24小時(shí)，得到高分子復(fù)合水凝膠。

(6)將制備的高分子復(fù)合水凝膠，在-50℃，下冷凍干燥20小時(shí)，得到碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠。

制備得到的碳納米導(dǎo)電氣凝膠的電阻率為0.006ohmm,將碳納米導(dǎo)電氣凝膠浸泡在水中在50秒內(nèi)電阻率增大了3倍。

實(shí)施例3：

(1)將酸化處理后的碳納米管分散到乙醇溶劑中，然后將碳納米管滴涂在玻璃基底上，最后得到的碳納米管導(dǎo)電層的質(zhì)量為18mg。

(3)將干燥的天然纖維素漿柏，在高錳酸鉀和n,n二甲基乙酰胺的混合溶液中，在160℃加熱，攪拌1小時(shí)，然后抽濾，獲得活化的天然纖維素。

(4)將步驟(2)活化后的天然纖維素與n,n二甲基乙酰胺和氯化鋰的混合溶液，在100℃加熱，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，在室溫下攪拌24小時(shí)，得到濃度為5mg/ml的纖維素高分子溶液。

(5)將1.2ml纖維素高分子溶液均勻滴涂在步驟(1)的碳納米管導(dǎo)電層上，接著用乙醇溶液洗滌纖維素高分子溶液表面，再在水溶液中浸泡24小時(shí)，得到高分子復(fù)合水凝膠。

(6)將制備的高分子復(fù)合水凝膠，在-50℃，下冷凍干燥20小時(shí)，得到碳納米管柔性導(dǎo)電氣凝膠。

制備得到的碳納米導(dǎo)電氣凝膠的電阻率為0.003ohmm,將碳納米導(dǎo)電氣凝膠浸泡在水中在50秒內(nèi)電阻率增大了7倍。