能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30~100um的复合薄膜，所述复合薄膜包含40-100层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为10-400nm的单层膜。5.本发明开启了仿生学的一个新研究方向，本发明能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜，能取代单签复杂的传感器阵列，在航空航天、医疗、能源、环保、安全、农业等领域将有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于纤维、纱线材料制备技术领域，具体涉及一种能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法。

背景技术

蝴蝶在阳光照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这种颜色效应是蝴蝶翅膀上特殊的微纳米结构引起的，是一种典型的结构色，而针对其结构光学机理的研究是仿生学中的一个重要方向。

国内任露泉、韩志武等人针对蝴蝶翅膀结构色的变色机理展开了一系列的理论及实验研究。国外Banerjee、Morpho、Vukusic等人提到蝴蝶翅膀鳞片化的光学特性，依赖于入射广角度、偏振方向及波长，同时还与鳞翅微纳结构周围的气氛密切相关。

彩虹膜是国外20世纪80年代根据多层膜的干涉原理开发出的膜材料，它和我们常用的用颜色印染的彩色塑料薄膜完全不同，不是利用颜色印染形成，而是利用折光系数不同的两种热塑性透明树脂（折光系数相差0.03），经多层复合共挤出制成30层以上,厚度方向上均匀平行的交替厚度为0.015-0.05mm的有彩虹效果的薄膜，随观察角度的不同而色彩各异。其五彩斑斓的色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象产生，彩虹膜所反射的色彩是由反射光的波长所决定的。故此它显现出五颜六色的绚丽色彩。制备彩虹膜还可以采用刻光珊的方法和多层镀膜的方法来制备，但是这两种方法制造费用高，制造的面积小，生产速度低，只适合用于防伪标识，商标等使用。而多层反射塑料复合彩虹膜制造费用低，生产规模大，一台机组一天可以生产数万平方米，适合大范围的应用，如装饰装潢材料、印刷、包装等方面使用。尤其在糖果、鲜花包装上效果很好，并具有相当大的应用前景。

2005年前，彩虹膜的制备技术基本被美国Mearl公司、Angerer公司和台湾日鹤公司等把持，其中有10多项专利覆盖了制备技术的关键点，最近美国的EDI公司、北京化工学院的杨卫民、四川大学的郭少云、蓝天、精诚公司等先后推出专利型技术解决了困扰薄膜阻隔性、光学性、针孔疵点、瑕疵断裂、抗拉伸性和电学性能的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，通过减少微纳叠层层数，增加双向拉伸工艺，实现制备能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30~100um的复合薄膜，所述复合薄膜包含40-100层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为10-400nm的单层膜，实现单层膜适应特定色谱的颜色。

所述步骤（1）中微纳叠层膜表层涂有纳米功能颗粒、纳米功能溶液/乳液、纳米材料前驱体乳液/溶液。

本发明在特定的气体氛围中（如甲醛气体氛围下），由于微纳米纤维溶胀特性，纳米纤维直径随气体浓度发生变化，当光线照射到膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象随气体浓度而变，该膜具有直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的特点。

与现有技术相比，本发明的有益效果：1.本发明方法操作过程简便，利用现有纺织设备直接实现蝴蝶鳞片结构材料的制备，经合理的设计和匹配相应的成熟配件，用微纳叠层膜可以直接得到蝴蝶鳞片结构材料；可大量获得蝴蝶鳞片结构材料，在设备许可的范围内，就可以快速制备出长达几万米长的蝴蝶鳞片结构材料膜，并形成特定的卷装，便于下一步的工业化应用；2.利用的构筑材料微纳叠层膜来源广泛，成本低，可以大量连续生产；3.本发明制得的蝴蝶鳞片结构材料，微细片层间结合紧密，由外表及内部结构呈蝴蝶鳞片结构分布；4.本发明利用类似微纳叠层工艺达到彩虹膜加工的技术，通过减少微纳叠层层数，增加双向拉伸工艺，实现制备蝴蝶鳞片结构材料制备，进而实现能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备；5.本发明开启了仿生学的一个新研究方向，本发明能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜，能取代单签复杂的传感器阵列，在航空航天、医疗、能源、环保、安全、农业等领域将有广泛的应用前景。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例1

本实施例能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜在放卷过程中由狭缝涂布头在微纳叠层膜表面涂敷一层5um厚度的氧化钛纳米管水乳液（含固量1%），而后，经导辊，经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30um的复合薄膜，所述复合薄膜包含40层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为400nm的单层膜，在甲醛气体氛围下，由于微纳米纤维溶胀特性，纳米纤维直径随气体浓度发生变化，当光线照射到膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象随气体浓度而变，该膜具有直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的特点。

实施例2

本实施例能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜在放卷过程中由狭缝涂布头在微纳叠层膜表面涂敷一层5um厚度的氧化钛纳米管水溶液（含固量1%），而后，经导辊，经分层叠加挤出成膜加工成厚度为50um的复合薄膜，所述复合薄膜包含60层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为300nm的单层膜，在甲醛气体氛围下，由于微纳米纤维溶胀特性，纳米纤维直径随气体浓度发生变化，当光线照射到膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象随气体浓度而变，该膜具有直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的特点。

实施例3

本实施例能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜在放卷过程中由狭缝涂布头在微纳叠层膜表面涂敷一层5um厚度的氧化钛纳米管水溶液（含固量1.5%），而后，经导辊，经分层叠加挤出成膜加工成厚度为70um的复合薄膜，所述复合薄膜包含80层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为200nm的单层膜，在甲醛气体氛围下，由于微纳米纤维溶胀特性，纳米纤维直径随气体浓度发生变化，当光线照射到膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象随气体浓度而变，该膜具有直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的特点。

实施例4

本实施例能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜在放卷过程中由狭缝涂布头在微纳叠层膜表面涂敷一层5um厚度的氧化钛纳米管水溶液（含固量1.5%），而后，经导辊，经分层叠加挤出成膜加工成厚度为90um的复合薄膜，所述复合薄膜包含95层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为100nm的单层膜，在甲醛气体氛围下，由于微纳米纤维溶胀特性，纳米纤维直径随气体浓度发生变化，当光线照射到膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象随气体浓度而变，该膜具有直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的特点。

实施例5

本实施例能直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的制备方法，步骤如下：（1）将微纳叠层膜在放卷过程中由狭缝涂布头在微纳叠层膜表面涂敷一层5um厚度的氧化钛纳米管水溶液（含固量1.5%），而后，经导辊，经分层叠加挤出成膜加工成厚度为99um的复合薄膜，所述复合薄膜包含100层、其每层厚度均小于1um；（2）经双轴向牵伸作用得到厚度为10nm的单层膜，在甲醛气体氛围下，由于微纳米纤维溶胀特性，纳米纤维直径随气体浓度发生变化，当光线照射到膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象随气体浓度而变，该膜具有直观读出色度、具有高性能的气体传感器膜的特点。