一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法和应用

本发明属于纳米功能材料，涉及一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法和应用，其具体为一种用于压电式压力传感器和深紫外光电探测器的钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，压电式传感器得到了不断地发展，压电式传感器又称为压电式压力传感器，并逐步成为了与电阻式压力传感器、电容式压力传感器并列的第三类压力传感器。压电式压力传感器可以通过将机械能转换为电能的压电效应，实现压力的传感响应，并且利用这种传感响应的换能作用实现电路的自供能，逐步克服对于电池的强依赖。

2、例如中国专利cn113261951a一种基于压电陶瓷传感器的睡姿识别方法及装置，其包括：在用户处于睡眠平稳状态的情况下，基于压电陶瓷传感器系统，获取用户胸腹区域的混合心冲击信号；基于混合心冲击信号，确定用户的心肺活动分布特征；将心肺活动分布特征与预设环境矢量特征输入训练好的睡姿识别分类网络模型，得到用户的睡姿识别结果。其在用户处于睡眠平稳状态的情况下，通过多路压电陶瓷传感器采集用户胸腹区域的混合心冲击信号经过信号处理，得到用户的心肺活动分布特征，以将心肺活动分布特征和预设环境矢量特征输入训练好的睡姿识别分类网络模型，得到用户的睡姿识别结果，实现非侵入式实时用户睡姿监测。

3、传统的压电式压力传感器主要是使用压电陶瓷片进行构建，这就不可避免地产生了易碎，难以实现皮肤贴敷等难以克服的问题，阻碍了可穿戴压力传感的应用。

4、为了应对上述挑战，聚合物基的压电式传感器得到了极大的关注，pvdf(聚偏氟乙烯树脂材料)是一种柔性良好的压电聚合物，pvdf及其共聚物均具有良好的柔性和皮肤贴合特性，但相比于压电陶瓷，pvdf及其共聚物具有羸弱的压电输出和传感器灵敏度。在目前的研究中，通过在pvdf及其共聚物内部掺杂压电陶瓷或者其他纳米颗粒，以提升pvdf压电输出成为了主要的研究方法，但是目前的研究仅仅停留在理论研究上，没有解决如何实现pvdf及其共聚物内部掺杂压电陶瓷或者其他纳米颗粒的产业应用或实践。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法和应用，其具体为一种用于压电式压力传感器和深紫外光电探测器的钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法。

2、基于本发明的技术方案的第一方面，提供一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其包括以下步骤：

3、步骤s1，将mapr纳米颗粒和pbbr2纳米颗粒混合均匀后加入dmf溶液搅拌溶解制得mapbbr3溶液；

4、步骤s2，将一定量的p(vdf-trfe)纳米颗粒加入到dmf内磁力搅拌制备p(vdf-trfe)静电纺丝液；

5、步骤s3，将一定量的mapbbr3溶液加入到p(vdf-trfe)静电纺丝液搅拌均匀后，使用静电纺丝制备钙钛矿聚合物复合纳米纤维膜；其中，所述mapbbr3溶液与p(vdf-trfe)静电纺丝液的质量比为3wt％～8wt％。

6、其中，所述mapr纳米颗粒添加量为0.01g～0.03g(克)，所述pbbr2纳米颗粒添加量为0.02g～0.1g。进一步地，所述mapr纳米颗粒添加量为0.016g，所述pbbr2纳米颗粒添加量为0.067g。

7、其中，使用磁力搅拌器搅拌溶解制得mapbbr3溶液，搅拌频率为2次/分钟～300次/分钟，搅拌时长为30分钟～3小时。进一步地，使用磁力搅拌器搅拌溶解制得mapbbr3溶液，搅拌频率为200次/分钟(或200转/分钟)，搅拌时长优选为1小时。

8、其中，p(vdf-trfe)纳米颗粒的添加量为0.1g～3g(克)，dmf添加量为2ml～18ml(毫升)。进一步地，p(vdf-trfe)纳米颗粒的添加量为1g(克)，dmf添加量为8ml(毫升)。

9、优选地，步骤s3中，将mapbbr3溶液加入到p(vdf-trfe)静电纺丝液搅拌均匀后使用静电纺丝，静电纺丝极间电压为15kv，正负极间距为10cm，推注速度为0.3ml/h，推注深度为1ml。

10、基于本发明的技术方案的第二方面，提供一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维，其为依据本发明的技术方案的第二方面所制备的本发明的技术方案的第二方面钙钛矿聚合物复合纳米纤维。

11、基于本发明的技术方案的第三方面，提供一种压电式压力传感器，其将钙钛矿聚合物复合纳米纤维用于压电式压力传感器，进而得到一种新型压电式压力传感器，其分别在mapbbr3/p(vdf-trfe)复合纤维膜(钙钛矿聚合物复合纳米纤维)上下表面层设置铝铂电极，封装后制得柔性压电式压力传感器。

12、基于本发明的技术方案的第四方面，提供一种深紫外光电探测器，其将钙钛矿聚合物复合纳米纤维在深紫外光电探测器内的应用，将mapbbr3/p(vdf-trfe)复合纳米纤维膜(钙钛矿聚合物复合纳米纤维)贴附在硅基光电探测器上。

13、与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

14、1、本发明所制备的mapbbr3/p(vdf-trfe)(钙钛矿聚合物)复合纳米纤维形态良好，具有明显的取向结构，具有优异的柔性和皮肤贴合特性，对于压电式压力传感器灵敏度的提升效果显著。

15、2、本发明mapbbr3/p(vdf-trfe)复合纳米纤维膜在深紫外传感器的应用中具有良好的下转换行为，可将深紫外以及紫外光转化为可见光，与可见光光电探测器复合后实现优异的深紫外探测功能，具有明显的优化特性。

16、2、本发明首次实现了mapbbr3/p(vdf-trfe)钙钛矿聚合物复合纳米纤维在压电式传感器中的应用，

17、4、本发明首次实现了mapbbr3/p(vdf-trfe)钙钛矿聚合物复合纳米纤维在深紫外光电探测器中的应用，在触觉模拟，压力识别，光污染检测，人工智能等领域具有极大应用潜力。

技术特征：

1.一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，所述mapr纳米颗粒添加量为0.01g～0.03g，所述pbbr2纳米颗粒添加量为0.02g～0.1g。

3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，所述mapr纳米颗粒添加量为0.016g，所述pbbr2纳米颗粒添加量为0.067g。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，使用磁力搅拌器搅拌溶解制得mapbbr3溶液，搅拌频率为2次/分钟～300次/分钟，搅拌时长为30分钟～3小时。

5.根据权利要求4所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，使用磁力搅拌器搅拌溶解制得mapbbr3溶液，搅拌频率为200转/分钟，搅拌时长优选为1小时。

6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，p(vdf-trfe)纳米颗粒的添加量为0.1g～3g，dmf添加量为2ml～18ml。

7.根据权利要求6所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，p(vdf-trfe)纳米颗粒的添加量为1g，dmf添加量为8ml。

8.根据权利要求1所述的一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维制备方法，其特征在于，步骤s3中，将mapbbr3溶液加入到p(vdf-trfe)静电纺丝液搅拌均匀后使用静电纺丝，静电纺丝极间电压为15kv，正负极间距为10cm，推注速度为0.3ml/h，推注深度为1ml。

9.一种压电式压力传感器，其将依据权利要求1-8之任一所述方法制备的钙钛矿聚合物复合纳米纤维用于压电式压力传感器，其特征在于，分别在mapbbr3/p(vdf-trfe)复合纤维膜或钙钛矿聚合物复合纳米纤维上下表面层设置铝铂电极，封装后制得柔性压电式压力传感器。

10.一种深紫外光电探测器，其将依据权利要求1-8之任一所述方法制备的钙钛矿聚合物复合纳米纤维用于深紫外光电探测器，其特征在于，将mapbbr3/p(vdf-trfe)复合纳米纤维膜或钙钛矿聚合物复合纳米纤维贴附在硅基光电探测器上。

技术总结本发明提供了一种钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法和应用，其具体为一种用于压电式压力传感器和深紫外光电探测器的钙钛矿聚合物复合纳米纤维及其制备方法和应用，所述制备方法利用静电纺丝工艺在P(VDF‑TrFE)纳米纤维内部生长MAPbBr<subgt;3</subgt;卤化铅钙钛矿得到钙钛矿聚合物复合纳米纤维膜。本发明所制备的纳米纤维利用MA阳离子与P(VDF‑TrFE)链段间的静电相互作用提升压力传感器的灵敏度，并利用MAPbBr<subgt;3</subgt;的PL效应实现了深紫外光到可见光的下转换，结合硅基太阳能电池制得深紫外光电探测器。技术研发人员：祁亚军,王建乔,周鹏,杨辉,赖胜飞,付向阳,章天金受保护的技术使用者：湖北大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13