一种多功能静电纺丝复合材料及其制备方法和应用

maa)@ppy/tpuem；
8.s3：将氟化锂放入盐酸溶液中，搅拌均匀后继续将max-ti3alc2缓慢加入氟化锂/盐酸混合分散液中，充分搅拌反应后，取出得到的混合液体进行离心，清洗提纯，重复操作离心-清洗工序至上清夜的ph＝5～7时，再用乙醇水溶液超声清洗上述得到的沉淀物离心，去除上层液体得到的沉淀产物再加入去离子水超声分散后离心，黑粽色上层分散液为少层的mxene水分散液；然后利用微型喷枪将mxene水分散液重复喷洒在p(st-maa)@ppy/tpuem表面，随着mxene纳米片沉积在p(st-maa)@ppy/tpuem的表面和内部，在材料内形成了具有特殊微结构的导电网络；由此制备的样品是mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料。
9.进一步的，s1中，所述体系a中p(st-maa)的加入量为10-30mg/ml；所述体系b中吡咯单体与乙醇的体积比为(1～5)∶25；所述体系a与体系b的体积比为(1～4)∶1；所述浓盐酸的浓度为7～11m，所述体系c中盐酸的加入量为16～40mg/ml，过硫酸铵水溶液的浓度范围为50～200mg ml-1
，加入量为2～5ml。
10.进一步的，s2中，所述p(st-maa)@ppy分散液中p(st-maa)@ppy的浓度为5.0～10.0mg/ml。
11.进一步的，s3中，所述盐酸的浓度为11～15m，氟化锂的加入量为25～125mg/ml，max-ti3alc2的加入量为25～125mg/ml；加入max-ti3alc2后充分搅拌反应的条件为：温度控制在35～45℃，搅拌反应时间为24h-36h；mxene水分散液的浓度2.5～15mg/ml。mxenes(ti3c2tx)作为一种新发现的二维金属碳化物和碳化物，由于具有良好的亲水性、高导电性和特殊的层结构，在制备压力传感复合材料方面显示出巨大的潜力。
12.利用上述制备方法得到的多功能静电纺丝复合材料。
13.上述多功能静电纺丝复合材料在传感领域的应用。
14.进一步的，在湿度传感领域的应用，具体为将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极的聚酰亚胺薄膜表面，然后用透明胶带将mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的四周边缘粘贴密封，以保证mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem和叉指电极之间的充分接触，在叉指电极上连接导电即构成湿度传感器件。
15.进一步的，在压力传感领域的应用，具体为将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极的聚酰亚胺薄膜表面，然后用pmds膜封装，叉指电极上连接导电即为压力传感器件。
16.进一步的，在所述压力传感器上表层依次涂敷弹性白胶浆和温变染料浆，烘干后组装成一个压力-电热变色器件。
17.进一步的，所述叉指电极印制的叉指宽和叉指间距不同，叉指宽1.0～2.5mm，叉指间距0.5～1.5mm。
18.进一步的，温变染料浆中的染料主要指无色变有色染料、有色变有色染料、有色变无色染料，温变温度范围从30～75℃
19.用本发明的制备方法制备得到mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料，所构建的压力传感器之所以表现出较高灵敏度，是因为导电p(st-maa)@ppy微球被吸附在热塑性聚氨酯静电纺纤维的表面，形成类似于章鱼触角的微结构；然后通过一个微型喷枪将mxene分散体喷到准备好的p(st-maa)@ppy/tpuem表面，随着mxene纳米片沉积在p(st-maa)@ppy/tpuem的表面和内部，在材料内形成了具有特殊微结构的导电网络。压力传感器受压过程
中，其内部的导电网络发生大幅变化，与此同时，mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem压力传感器受压过程中，其电阻大幅下降，根据焦耳定律：q＝u2t/r，在电压一定的情况下，压力传感器受压电阻变小，其电致发热效果明显提升。此外，由于mxene具有明显的湿度传感性能，mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem也表现出了快速湿敏传感特性。
20.有益效果：与现有具有微观结构的压力传感器相比，本发明的显著优点：
21.(1)本发明工艺简单，避免传统高灵敏压力传感材料制备过程中需要利用刻蚀和溅射方法构建导电微观结构所存在的工艺难度大、成本高等缺陷；
22.(2)本发明中的导电p(st-maa)@ppy微球和mxene依次被吸附在tpu静电纺丝纤维表面，在mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem内形成了具有特殊微结构的导电网络，其受压过程中，p(st-maa)@ppy微球和mxene接触面积的增大会大幅降低材料的电阻，提升压力传感器的灵敏度。
23.(3)本发明中的mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem压力传感器受压过程中，其电阻大幅下降，根据焦耳定律：q＝u2t/r，在电压一定的情况下，其电致发热效果明显提升。
24.(4)本发明中的mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem具有快速湿敏传感特性。
附图说明
25.图1(a)为mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem制备示意图，(b)为压力传感器组装示意图；
26.图2为本发明中mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem制作的湿敏传感器的实物图；
27.图3为本发明中mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的湿度传感监测哈气；
28.图4为本发明中mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem压力传感器的监测口部呼气手指按压；
29.图5为本发明中mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem压力传感器在2v电压下的压力-电发热性能。
具体实施方式
30.为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
31.实施例1
32.(1)将1.0g自制的p(st-maa)微球溶解在100ml去离子水中超声分散后加入25ml溶解有1.0ml吡咯单体(py)的乙醇溶液，在冰水浴中继续加入2.0g浓盐酸持续搅拌2h，最后加入10ml浓度为50mg ml-1
的过硫酸铵水溶液引发吡咯的聚合，聚合反应持续6h后通过离心清洗得到导电微球p(st-maa)@ppy，将其分散在乙醇中制备浓度为5.0mg/ml的p(st-maa)@ppy分散液，然后用真空抽滤的方式将p(st-maa)@ppy微球泵入tpuem中，自然晾干后得到p(st-maa)@ppy/tpuem；
33.(2)称取1.0g的氟化锂放入40ml盐酸(11m)中搅拌30min.然后继续称取1.0g max-ti3alc2缓慢加入氟化锂/盐酸混合分散液中，温度调至35℃持续搅拌24h。取出得到的混合液体进行离心，清洗提纯，重复操作离心-清洗工序至上清夜的ph＝5时，再用乙醇超声清洗沉淀物后加入去离子水超声分散后离心3min，黑粽色上层分散液为少层的mxene分散液。然后利用微型喷枪将浓度为2.5mg/ml的mxene乙醇分散液重复喷洒在p(st-maa)@ppy/tpuem
表面，制备的样品是mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料；
34.(3)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽1.0mm，叉指间距0.5mm)的聚酰亚胺(pi)薄膜表面，然后用透明胶带将mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的四周边缘粘贴密封，以保证mxene/p(st-maa)@ppv/tpuem和叉指电极之间的充分接触。这时在叉指电极上连接导电就构成了一个湿度传感器件。
35.(4)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽1.0mm，叉指间距0.5mm)的pi薄膜表面，然后用pmds膜封装，叉指电极上连接导电就构成了一个压力传感器件。在压力传感器上表层依次涂敷弹性白胶浆和温变染料浆(温变染料浆中的染料是无色变有色染料，温变温度30℃)，烘干后组装了一个压力-电热变色器件。
36.实施例2
37.(1)将3.0g自制的p(st-maa)微球溶解在100ml去离子水中超声分散后加入25ml溶解有5.0ml吡咯单体(py)的乙醇溶液，在冰水浴中继续加入5.0g浓盐酸持续搅拌2h，最后加入10ml浓度为200mg ml-1
的过硫酸铵水溶液引发吡咯的聚合，聚合反应持续6h后通过离心清洗得到导电微球p(st-maa)@ppy，将其分散在乙醇中制备浓度为10.0mg/ml的p(st-maa)@ppy分散液，然后用真空抽滤的方式将p(st-maa)@ppy微球泵入tpuem中，自然晾干后得到p(st-maa)@ppy/tpuem；
38.(2)称取5.0g的氟化锂放入40ml盐酸(11m)中搅拌30min.然后继续称取5.0g max-ti3alc2缓慢加入氟化锂/盐酸混合分散液中，温度调至35℃持续搅拌24h。取出得到的混合液体进行离心，清洗提纯，重复操作离心-清洗工序至上清夜的ph＝5时，再用乙醇超声清洗沉淀物后加入去离子水超声分散后离心3min，黑粽色上层分散液为少层的mxene分散液。然后利用微型喷枪将浓度为15mg/ml的mxene乙醇分散液重复喷洒在p(st-maa)@ppy/tpuem表面，制备的样品是mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料；
39.(3)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽2.5mm，叉指间距1.5mm)的聚酰亚胺(pi)薄膜表面，然后用透明胶带将mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的四周边缘粘贴密封，以保证mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem和叉指电极之间的充分接触。这时在叉指电极上连接导电就构成了一个湿度传感器件。
40.(4)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽2.5mm，叉指间距1.5mm)的pi薄膜表面，然后用pmds膜封装，叉指电极上连接导电就构成了一个压力传感器件。在压力传感器上表层依次涂敷弹性白胶浆和温变染料浆(温变染料浆中的染料是有色变无色染料，温变温度75℃)，烘干后组装了一个压力-电热变色器件。
41.实施例3
42.(1)将2.0g自制的p(st-maa)微球溶解在100ml去离子水中超声分散后加入25ml溶解有2.0ml吡咯单体(py)的乙醇溶液，在冰水浴中继续加入2.5g浓盐酸持续搅拌2h，最后加入10ml浓度为150mg ml-1
的过硫酸铵水溶液引发吡咯的聚合，聚合反应持续6h后通过离心清洗得到导电微球p(st-maa)@ppy，将其分散在乙醇中制备浓度为7.5mg/ml的p(st-maa)@ppy分散液，然后用真空抽滤的方式将p(st-maa)@ppy微球泵入tpuem中，自然晾干后得到p(st-maa)@ppy/tpuem；
43.(2)称取2.5g的氟化锂放入40ml盐酸(11m)中搅拌30min.然后继续称取2.5g max-ti3alc2缓慢加入氟化锂/盐酸混合分散液中，温度调至35℃持续搅拌24h。取出得到的混合
液体进行离心，清洗提纯，重复操作离心-清洗工序至上清夜的ph＝5时，再用乙醇超声清洗沉淀物后加入去离子水超声分散后离心3min，黑粽色上层分散液为少层的mxene分散液。然后利用微型喷枪将浓度为10.0mg/ml的mxene乙醇分散液重复喷洒在p(st-maa)@ppy/tpuem表面，制备的样品是mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料；
44.(3)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽2.0mm，叉指间距1.0mm)的聚酰亚胺(pi)薄膜表面，然后用透明胶带将mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的四周边缘粘贴密封，以保证mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem和叉指电极之间的充分接触。这时在叉指电极上连接导电就构成了一个湿度传感器件。
45.(4)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽2.0mm，叉指间距1.0mm)的pi薄膜表面，然后用pmds膜封装，叉指电极上连接导电就构成了一个压力传感器件。在压力传感器上表层依次涂敷弹性白胶浆和温变染料浆(温变染料浆中的染料是有色变有色染料，温变温度范围45℃)，烘干后组装了一个压力-电热变色器件。
46.实施例4
47.(1)将2.0g自制的p(st-maa)微球溶解在100ml去离子水中超声分散后加入25ml溶解有3.0ml吡咯单体(py)的乙醇溶液，在冰水浴中继续加入2.0g浓盐酸持续搅拌2h，最后加入10ml浓度为100mg ml-1
的过硫酸铵水溶液引发吡咯的聚合，聚合反应持续6h后通过离心清洗得到导电微球p(st-maa)@ppy，将其分散在乙醇中制备浓度为6.0mg/ml的p(st-maa)@ppy分散液，然后用真空抽滤的方式将p(st-maa)@ppy微球泵入tpuem中，自然晾干后得到p(st-maa)@ppy/tpuem；
48.(2)称取4.0g的氟化锂放入40ml盐酸(11m)中搅拌30min.然后继续称取2.0g max-ti3alc2缓慢加入氟化锂/盐酸混合分散液中，温度调至35℃持续搅拌24h。取出得到的混合液体进行离心，清洗提纯，重复操作离心-清洗工序至上清夜的ph＝5时，再用乙醇超声清洗沉淀物后加入去离子水超声分散后离心3min，黑粽色上层分散液为少层的mxene分散液。然后利用微型喷枪将浓度为7.5mg/ml的mxene乙醇分散液重复喷洒在p(st-maa)@ppy/tpuem表面，制备的样品是mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料；
49.(3)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽1.0mm，叉指间距1.0mm)的聚酰亚胺(pi)薄膜表面，然后用透明胶带将mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的四周边缘粘贴密封，以保证mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem和叉指电极之间的充分接触。这时在叉指电极上连接导电就构成了一个湿度传感器件。
50.(4)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽1.0mm，叉指间距0.5mm)的pi薄膜表面，然后用pmds膜封装，叉指电极上连接导电就构成了一个压力传感器件。在压力传感器上表层依次涂敷弹性白胶浆和温变染料浆(温变染料浆中的染料是有色变有色染料，温变温度30℃)，烘干后组装了一个压力-电热变色器件。
51.实施例5
52.(1)将3.0g自制的p(st-maa)微球溶解在100ml去离子水中超声分散后加入25ml溶解有1.5ml吡咯单体(py)的乙醇溶液，在冰水浴中继续加入2.5g浓盐酸持续搅拌2h，最后加入10ml浓度为50mg ml-1
的过硫酸铵水溶液引发吡咯的聚合，聚合反应持续6h后通过离心清洗得到导电微球p(st-maa)@ppy，将其分散在乙醇中制备浓度为10.0mg/ml的p(st-maa)@ppy分散液，然后用真空抽滤的方式将p(st-maa)@ppy微球泵入tpuem中，自然晾干后得到p
(st-maa)@ppy/tpuem；
53.(2)称取2.5g的氟化锂放入40ml盐酸(11m)中搅拌30min.然后继续称取1.0g max-ti3alc2缓慢加入氟化锂/盐酸混合分散液中，温度调至35℃持续搅拌24h。取出得到的混合液体进行离心，清洗提纯，重复操作离心-清洗工序至上清夜的ph＝5时，再用乙醇超声清洗沉淀物后加入去离子水超声分散后离心3min，黑粽色上层分散液为少层的mxene分散液。然后利用微型喷枪将浓度为15mg/ml的mxene乙醇分散液重复喷洒在p(st-maa)@ppy/tpuem表面，制备的样品是mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem复合材料，如图1中的(a)所示；
54.(3)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽2.5mm，叉指间距1.5mm)的聚酰亚胺(pi)薄膜表面，然后用透明胶带将mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem的四周边缘粘贴密封，以保证mxene/p(st-maa)@ppv/tpuem和叉指电极之间的充分接触。这时在叉指电极上连接导电线就构成了一个湿度传感器件，如图2所示。
55.图3为湿度传感器件的监测哈气，显示出较好的湿度传感性能。
56.(4)将一块mxene/p(st-maa)@ppy/tpuem放置在一个含有叉指电极(叉指宽1.0mm，叉指间距0.5mm)的pi薄膜表面，然后用pmds膜封装，叉指电极上连接导电就构成了一个压力传感器件，如图1中的(b)。该压力传感器可监控人体呼气和手指按压等，如图4所示。在压力传感器上表层依次涂敷弹性白胶浆和温变染料浆(温变染料浆中的染料是有红色变黄色染料，温变温度30℃)，烘干后组装了一个压力-电热变色器件。该器件在2v电压下受到玻璃棒按压处的温度可高达48.08℃(如图5)，这时按压处由红色变为黄色。