Page 110 - 《精细化工》2021年第12期
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·2472·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            大的比表面积和纳米级孔隙结构，有利于水分子的                             溶液与 TPU 溶液混合，室温下磁力搅拌 2 h，制得
            吸附，并引起纳米纤维的电容、电阻等的变化                     [13-14] 。  静电纺丝液。将所得纺丝液吸入一次性注射器中，
            此外，大的比表面积和孔隙结构为分析物和敏感材                             使用 18 号金属针头进行纺丝。在针头处施加 25 kV
            料提供了更多的接触位点，从而显著改善湿度传感                             静电压，微量注射泵的推进速度为 1 mL/h，接收器
            器的灵敏度和响应速度等性能。WANG 等                  [15] 制备的     距离针头 10 cm。纺丝过程中环境湿度为 45%±5%，
            聚乙烯亚胺改性聚酰胺 6（PA6）静电纺丝膜，具有                          温度为（25±2）℃。同样地，以此参数不加 NiI 2 溶
            较高的灵敏度，且响应和回复时间分别为 120 s 和                         液制备了纯 TPU 纳米纤维膜。
            50 s。而 WANG 等   [16] 制备的基于 LiCl 改性的聚偏氟             1.2.3  NiI 2 /TPU 湿度传感器的制备
            乙烯湿度传感器既具有较高灵敏度又具有较快的响                                 将 PI 基叉指电极用胶带贴在接收器的锡纸上，
            应回复时间，但制备工艺较为复杂。尽管上述传感                             通过上述工艺进行纺丝，纺丝完成后将叉指电极通
            器件对湿度的检测可通过精密仪器得到，但精密仪                             过锡焊引出导线，即得 NiI 2 /TPU 湿度传感器。制备
            器在日常生活中使用有局限性以及相对湿度（RH）                            过程示意图见图 1。
            不具有可测量的固有光学性质。因此，可以通过引
            入中间体将光学变化与湿度变化联系起来。碘化镍
            （NiI 2 ）作为一种湿度敏感型材料，具有较好的亲

            水性，且当 NiI 2 遇水后会有明显的颜色变化，将 NiI 2
            在 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中加热进行湿化
            学处理后可显著提高其吸湿性能。
                 本文通过对 NiI 2 进行湿化学处理，提高其吸湿
            性，并采用静电纺丝法制备了 NiI 2 /热塑性聚氨酯
            （TPU）纳米纤维膜，研究其湿敏变色特性以及该
            纤维膜与 PI 基叉指电极结合后制得的快速响应高灵

            敏度湿度传感器的性能。
                                                                   图 1  NiI 2 /TPU 湿度传感器的制备过程示意图
                                                                   Fig. 1    Preparation of NiI 2 /TPU humidity sensor
            1   实验部分
                                                               1.3   结构表征与性能测试
            1.1   试剂与仪器
                                                                   SEM：工作电压 5 kV。EDS：工作电压 15 kV。
                 NiI 2 、DMF，P 2 O 5 粉末、无水 LiCl、CH 3 COOK、
                                                               FTIR：采用 ATR 全反射对干湿态 NiI 2 /TPU 纳米纤
            无水 MgCl 2 、K 2 CO 3 、Mg(NO 3 ) 2 •6H 2 O、CuCl 2 •2H 2 O、                                     –1
                                                               维膜进行 FTIR 测试，波数范围：500~4000 cm 。
            NaCl、KCl、K 2 SO 4 （分析纯，国药集团化学试剂有
                                                               将纳米纤维膜置于小型加热台上，使得水分快速脱
            限公司）；TPU 母粒（TPU-245），德国巴斯夫股份
                                                               去模拟干态环境；纳米纤维膜暴露于空气中即为湿
            有限公司；PI 基叉指电极，市售。
                                                               态环境。XRD 测试：靶材 Cu，管电压 40 V，管电流
                 SU1510 型扫描电子显微镜、X 射线能谱仪，日
                                                               40 mA，扫描范围为 10°~90°。力学性能测试：采用万
            本 Hitachi 公司；Nicolet Nexus 470 傅里叶变换红外
                                                               能材料试验机，规定为 50 N 负荷以及 50 mm/min 的
            光谱仪，美国 Thermo 电子仪器公司；D8 Advance X
                                                               拉伸速率。
            射线衍射仪，德国布鲁克 AXS 公司；CI7800 电脑
                                                                   湿度传感测试：在 25  ℃下，配制 P 2 O 5 （粉末）、
            测色配色仪，天祥集团公司；8846A 数字万用表，
                                                               LiCl、CH 3 COOK、MgCl 2 、K 2 CO 3 、Mg(NO 3 ) 2 、CuCl 2 、
            美国福禄克测试仪器有限公司；万能材料试验机，
                                                               NaCl、KCl、K 2 SO 4 的饱和溶液，恒温静置，从而得
            协强仪器制造（上海）有限公司。
                                                               到 0、11%、23%、33%、43%、52%、67%、75%、
            1.2   方法                                           87%和 97%的相对湿度环境。将 NiI 2 /TPU 湿度传感
            1.2.1  NiI 2 湿化学处理
                                                               器置于不同饱和溶液液面上方，利用数字万用表记
                 将 1 mmol（0.313 g）的 NiI 2 粉末溶于 2.5 mL
                                                               录电阻值随湿度的变化情况。
            DMF 中，65  ℃下磁力搅拌 24 h，得到 NiI 2 的前驱
            液，再将前驱液通过尼龙针式过滤器过滤出沉淀物，                            2   结果与讨论
            即得到 NiI 2 溶液。
            1.2.2  NiI 2 /TPU 纳米纤维膜的制备                         2.1   纳米纤维膜的表面形貌
                 称取 1.5 g TPU 母粒溶于 8.5 g DMF 中，磁力搅                 纳米纤维膜的高湿度灵敏性与其微观结构密切
            拌 12 h，制得质量分数 15%的 TPU 溶液，再将 NiI 2                 相关，大的比表面积和纤维交错形成的孔隙结构是
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