一种BC/ZnO/PPy纳米杂化物及其制备方法

本发明涉及复合材料，具体涉及一种bc/zno/ppy纳米杂化物及其制备方法。

背景技术：

1、纤维素中的细菌纤维素(bc)是一种很有潜力的新型材料，良好的生物相容性和尺寸稳定性使其可以作为可穿戴柔性传感器使用；而且其良好的机械韧性可以解决传感器在变形后无法恢复微观结构的问题；其良好的生物可降解性，可在自然界中直接降解，不污染环境。而且，细菌纤维素表面具有丰富的羟基，可以使导电聚合物单体能够沿着纤维表面均匀分散，从而构建出高性能化的导电网络。细菌纤维素为基体，利用其良好的机械强度和丰富的羟基，平衡力学性能和传感性能之间的关系，从而满足其作为柔性基体的要求。

2、石墨烯、mxene、碳纳米管、金属氧化物、导电聚合物等材料被广泛应用于传感器。金属氧化物中的氧化锌又是一种n型半导体材料，具有优异的压电效应，是制备压阻传感器的优异材料。聚吡咯(ppy)是一种导电高分子材料，是由吡咯单体经过氧化聚合形成的无定型黑色固体。由于吡咯单体具有较低的氧化势，易发生氧化聚合，因而常用于改性多孔聚合物材料的研究中。基于聚吡咯优异的导电性能，以聚吡咯改性复合材料已经广泛应用于传感器、光热转换以及光电储能材料等领域中。

3、但是，目前柔性传感器仍存在机械强度低和灵敏度差的问题，柔性传感器的机械强度较低，无法保证压力下的长期变形和结构完整。柔性传感器灵敏度差，阻碍了传感材料对微变形的感知，响应时间也随之增加。因此，迫切需要制备出稳定性高、灵敏度高、响应快的传感器。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种bc/zno/ppy纳米杂化物及其制备方法，解决了传感器在变形后无法恢复微观结构以及灵敏度差的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种bc/zno/ppy纳米杂化物的制备方法，将bc/zno复合材料浸泡在py溶液中，反应后加入氧化剂，反应1～5h，反应完成后冷冻12～48h，再冷冻干燥6～12h，冻干完成后得到bc/zno/ppy纳米杂化物。

4、优选的，所述py的浓度为0.01～0.3mol/l，所述氧化剂为fecl3·6h2o，用量为0.05～0.25mol/l。

5、优选的，所述bc/zno复合材料与py的反应时间为1～2h。

6、优选的，所述bc/zno复合材料的制备过程为：将bc膜浸泡在zn(no3)2和naoh中，于160～180℃条件下反应2～8h后洗净晾干后即得。

7、优选的，所述zn(no3)2的浓度为0.01～0.3mol/l，所述naoh的浓度为0.05～0.15mol/l。

8、优选的，所述bc的制备过程为：调节培养基溶液的ph为6.0～6.2，将1～1.5ml木葡萄糖酸醋杆菌在培养基中培养7～10d，培养温度为25～35℃，湿度45～55％，培养完成后即得；所述培养基的配方为酵母提取物7～8g，胰蛋白胨10～15g，磷酸氢二钠10～15g，葡萄糖25～30g。

9、相应的，一种上述制备方法制备得到的bc/zno/ppy纳米杂化物。

10、本发明具备以下有益效果：

11、1.本发明采用细菌纤维素作为柔性基体，具有独特的多孔三维网状结构，具备一定的柔韧性，还可以提高传感器的机械强度；也具备一定的柔韧性和尺寸稳定性，解决了传感器在变形后无法恢复微观结构的问题。

12、2.针对传感器灵敏度差的问题，本发明采用了氧化锌和聚吡咯。聚吡咯作为p型导电聚合物，为复合材料提供了较高的导电性；而氧化锌是一种具备压电效应的材料，其原理是当氧化锌受到外加力的作用时，上下表面的电位差会发生改变，可以把机械能转化为电信号，良好的压电效应使得其在传感器领域中得到广泛的应用。同时作为n型半导体的氧化锌和p型聚吡咯结合会形成p-n异质结，产生协同效应，极大地提高了复合材料的灵敏度和导电性。该效应是由p型聚吡咯和n型氧化锌形成的p-n异质结引起的。这种结构使得载流子在界面上能够跳向更远的距离，增加了跳程长度，减少了链间距，增加了载流子的迁移率，因此纳米杂化物的电导率增大。

13、3.本发明采用细菌纤维素作为基体制备的bc/zno/ppy复合材料具有独特的三维网络结构，以及氧化锌和聚吡咯之间的协同作用显示出其在柔性传感器方面的独特优势，如在较宽的压力范围内，可以准确识别不同压力下的电流响应信号；响应范围宽(0～20.6kpa)，在低压范围(0～5.6kpa)内，具有较高的灵敏度(0.35kpa-1)；响应时间快(300ms)，与人体皮肤反应时间比较接近；在各频率下的电流响应曲线是间歇稳定的。该传感器还能监测各种人体运动信号，还可以在声音传输过程中感知空气振动来检测和识别自然声音，在复杂音景下还可以基于之前收集的音频特征峰数据准确的识别并区分出每个音频。

技术特征：

1.一种bc/zno/ppy纳米杂化物的制备方法，其特征在于：将bc/zno复合材料浸泡在py溶液中，反应后加入氧化剂，反应1～5h，反应完成后冷冻12～48h，再冷冻干燥6～12h，冻干完成后得到bc/zno/ppy纳米杂化物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述py的浓度为0.01～0.3mol/l，所述氧化剂为fecl3·6h2o，用量为0.05～0.25mol/l。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述bc/zno复合材料与py的反应时间为1～2h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述bc/zno复合材料的制备过程为：将bc膜浸泡在zn(no3)2和naoh中，于160～180℃条件下反应2～8h后洗净晾干后即得。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述zn(no3)2的浓度为0.01～0.3mol/l，所述naoh的浓度为0.05～0.15mol/l。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述bc的制备过程为：调节培养基溶液的ph为6.0～6.2，将1～1.5ml木葡萄糖酸醋杆菌在培养基中培养7～10d，培养温度为25～35℃，湿度45～55％，培养完成后即得；所述培养基的配方为酵母提取物7～8g，胰蛋白胨10～15g，磷酸氢二钠10～15g，葡萄糖25～30g。

7.一种权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的bc/zno/ppy纳米杂化物。

技术总结本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种BC/ZnO/PPy纳米杂化物及其制备方法。具体技术方案为：一种BC/ZnO/PPy纳米杂化物的制备方法，将BC/ZnO复合材料浸泡在Py溶液中，反应后加入氧化剂，反应1～5h，反应完成后冷冻12～48h，再冷冻干燥6～12h，冻干完成后得到BC/ZnO/PPy纳米杂化物。本发明解决了传感器在变形后无法恢复微观结构以及灵敏度差的问题。技术研发人员：曾威,白忠宁,邓金玉,金田,杨晨,周硕受保护的技术使用者：天津科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9