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CN109992169A - 一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法与应用 - Google Patents

一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法与应用 Download PDF

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CN109992169A
CN109992169A CN201910238425.9A CN201910238425A CN109992169A CN 109992169 A CN109992169 A CN 109992169A CN 201910238425 A CN201910238425 A CN 201910238425A CN 109992169 A CN109992169 A CN 109992169A
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CN
China
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nanocellulose
paper
touch sensor
cellulose
solution
Prior art date
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Withdrawn
Application number
CN201910238425.9A
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English (en)
Inventor
王小慧
凌浩
孙润仓
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South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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Publication date
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Abstract

本发明属于触控传感器领域，具体涉及一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法与应用。该方法首先通过Tempo氧化、高压均质以及流延成膜得到纳米纤维素透明纸基，然后通过喷墨打印法将PEDOT:PSS导电层沉积在纳米纤维素透明纸基的表面，由此而得的纳米纤维素纸基触控传感器的透光率为79.9％，柔性好，其完全由生物相容材料组成，环境友好，溶于水后可再次抽滤成膜并回收利用。本方法相对其他传统的传感器制备方法(如刻蚀法和气相沉积法)具有方法简单，成本和能耗较低等优点，因此具有较好的应用前景。本发明获得的纳米纤维素纸基触控传感器可应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好，同时具有耐磨、耐弯曲、高强度和便于加工的特点。

Description

一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于触控传感器领域，具体涉及一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法与应用。
背景技术
触控传感器是一种通过触摸控制信号传递的数据输入装置，在触摸屏、智能手机、平板电脑等电子设备中应用广泛。现有的柔性触控传感器大多以高分子聚合物作为基底，然而其制造过程成本高且易对环境造成污染，所以目前许多研究集中在纸基触控传感器上。
纸基触控传感器具有柔性、成本低、环境友好等优点，目前的纸基触控传感器主要以打印纸或者相片纸作为基底，以金属，例如银和金作为导电电极。这类纸基触控传感器在应用上面临一些问题：第一，不具有透明度，无法应用在显示领域；第二，由于导电层使用的是金属材料，存在潜在的环境影响，也不能直接回收利用；第三，其强度有待进一步提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的首要目的在于提供一种纳米纤维素纸基触控传感器。该传感器具有高透明、可回收和可降解的特点。
本发明的另一目在于提供上述纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法。
本发明的再一目在于提供上述纳米纤维素纸基触控传感器的应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种纳米纤维素纸基触控传感器，包括基底和导电层，所述的基底为纳米纤维素纸基，该纸基呈透明状；所述的导电层为平面梳状排列在基底上的PEDOT:PSS(聚3,4-亚乙基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸)像素单元。
优选的，所述的PEDOT:PSS像素单元通过喷墨打印的方式沉积于纳米纤维素纸基的表面。
所得的纳米纤维素纸基触控传感器的透光率为79.9％，可直接回收利用，溶解于水后可再次抽滤成膜，该传感器完全由生物相容的材料(纳米纤维素、PEDOT:PSS)组成，环境友好，不产生电子垃圾。
本发明进一步提供上述纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素纸基的制备：
将纤维素原料粉碎，加入去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液，在纤维素悬浮液中依次加入Tempo溶液(2，2，6，6-四甲基哌啶-氧化物)、溴化钠溶液(NaBr)和次氯酸钠溶液(NaClO)，搅拌均匀，得到反应溶液，加入去离子水调节反应溶液中纤维素的浓度，再加入缓冲溶液Ⅰ调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，然后加入无水乙醇停止反应，搅拌均匀，加入缓冲溶液Ⅱ调节pH至7.0，对反应产物进行真空抽滤，同时洗涤至不含杂质，得到Tempo氧化后悬浮液，将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释，然后进行高压均质，得到纳米纤维素水分散液，超声脱泡后均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，常温下干燥，得到纳米纤维素纸基；
(2)喷墨打印PEDOT:PSS导电层
在PEDOT:PSS溶液中加入有机掺杂剂，得到油墨，搅拌均匀后超声脱泡，将油墨通过针头过滤器进行过滤，去除大颗粒油墨，然后通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，然后将喷墨打印后的纳米纤维素纸进行退火处理，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
优选的，步骤(1)中所述的纤维素原料为阔叶木浆、针叶木浆、棉浆、竹浆或秸秆浆。
优选的，步骤(1)中所述的纤维素悬浮液中纤维素的浓度为0.02g/mL。
优选的，步骤(1)中所述的加入去离子水调节反应溶液中纤维素的浓度为1～1.5wt％。
优选的，步骤(1)中所述的缓冲溶液Ⅰ为碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠。
优选的，步骤(1)中所述的反应溶液中，纤维素原料与TEMPO的质量比为1：0.012～0.020；纤维素原料与溴化钠的质量比为1：0.08～0.12；纤维素原料与NaClO的质量比为1：0.30～0.53，所述的纤维素原料以绝干原料计。
优选的，步骤(1)中所述的氧化反应的时长为4～8h。
优选的，步骤(1)中所述的加入无水乙醇停止反应后的搅拌均匀的时长为30～60min。
优选的，步骤(1)中所述的缓冲溶液Ⅱ为盐酸、醋酸或磷酸。
优选的，步骤(1)中所述的洗涤至不含杂质的方法为在抽滤的同时用去离子水洗涤3～5次。
优选的，步骤(1)中所述的将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释后，所得溶液中的纤维素的浓度为1～1.8wt％。
优选的，步骤(1)中所述的高压均质通过微射流高压均质机进行，高压均质过程重复4～10次，压力为50～100MPa。
优选的，步骤(1)中所述的超声脱泡的条件为在50～60℃和80～100W的条件下超声脱泡30～60min。
优选的，步骤(1)中所述的均匀涂覆采用滚轴进行。
优选的，步骤(1)中所述的常温干燥的条件为在20～30℃下干燥72～96h。
优选的，步骤(2)中所述的PEDOT:PSS溶液中的固体含量为0.6～1.2％，PEDOT与PSS的质量比为1:6。
优选的，步骤(2)中所述的有机掺杂剂为乙二醇、丙三醇、无水乙醇、二甲基亚砜、曲拉通X-100和对甲苯磺酸中的一种或两种以上。
优选的，步骤(2)中所述的油墨中，PEDOT:PSS溶液质量与有机掺杂剂的质量比为89:11。
步骤(2)中在PEDOT:PSS溶液中加入有机掺杂剂的目的是提高油墨导电性。
优选的，步骤(2)中所述的搅拌的时长为30～60min。
优选的，步骤(2)中所述的超声脱泡的条件为在50～60℃和80～100W的条件下超声脱泡30～60min。
优选的，步骤(2)中所述的针头过滤器为直径0.45μm的醋酸纤维素过滤器。
优选的，步骤(2)中所述的喷墨打印过程需要重复5～15次。
优选的，步骤(2)中所述的退火处理的条件为在80～100℃下处理30～60min。
步骤(2)中退火处理的目的是降低导电层电阻。
本发明进一步提供一种上述纳米纤维素纸基触控传感器的应用，将所述的纳米纤维素纸基触控传感器用作LED的触控开关。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明沉积导电层使用的方法为喷墨打印，所使用的溶剂为常见、平价、毒性小的有机溶剂，与传统的刻蚀法、气相沉积法相比具有环保、低成本的优点。同时喷墨打印的仪器可选用家用打印机，具有低成本，制备方法简捷的优点。
(2)本发明获得的纳米纤维素纸基触控传感器具有高透明度，且整体性质类似普通纸、易于折叠弯曲，便于与其他柔性电子器件进行集成，应用于触摸显示领域。
(3)本发明获得的纳米纤维素纸基触控传感器可直接回收利用，纳米纤维素纸基底环境友好，可完全溶解于水中。PEDOT:PSS导电层生物兼容性好，可完全溶解于水中。将所得纳米纤维素纸基触控传感器溶于水中，经过搅拌后可得到纳米纤维素水分散液，将溶液进行真空抽滤可以再次得到纳米纤维素透明纸。PEDOT:PSS导电层用量很少，溶解后不会影响纳米纤维素成膜。
(4)本发明获得的纳米纤维素纸基触控传感器可应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好，同时具有耐磨、耐弯曲、高强度和便于加工的特点。
附图说明
图1为实施例1制备的纳米纤维素纸基触控传感器的实物图。
图2为实施例2制备的纳米纤维素纸基触控传感器的电阻随打印次数变化的曲线图。
图3为纳米纤维素纸基触控传感器与Arduino开发板接通，作为LED灯的触控开关的应用效果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
下列实施例采用的PEDOT:PSS溶液的型号为CleviosPJetNV2(Heraeus公司)
实施例1
本实施例提供一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法。
制备方法包括如下步骤：
A.纳米纤维素透明纸的制备：
(1)混合打浆：将针叶木浆板粉碎后取40.0g绝干浆料加入2000mL去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液；
(2)Tempo氧化处理：称取0.48g Tempo，加入300mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌30min，再称取溴化钠3.2g，加入200mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌15min，然后取244mL浓度为0.66mol/L的次氯酸钠溶液，在1min内缓慢滴加至纤维素悬浮液中，最后加入1256mL去离子水，控制反应溶液中纤维素的浓度为1wt％，加入碳酸钠溶液调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，从开始加入次氯酸钠开始计时，反应8h，反应过程中持续搅拌；
(3)停止反应：反应完毕后加入200mL无水乙醇，搅拌30min停止反应，加入0.5mol/L盐酸调节pH至7.0；
(4)抽滤洗涤：使用布氏漏斗进行真空抽滤，用去离子水洗涤3次；
(5)高压均质：将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释至质量浓度为1％，通过微射流高压均质机对浆料进行高压均质，均质过程重复8次，通过剪切作用使纤维分丝解裂，得到质量分数为1％的纳米纤维素水分散液；
(6)流延成膜：称取30mL的纳米纤维素水分散液，在50℃和100W下超声脱泡处理30min，使用滚轴均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，在25℃下干燥72h，得到纳米纤维素纸基。
B.喷墨打印PEDOT:PSS导电层
(7)油墨配制：称取PEDOT:PSS溶液3.38g，加入0.038g丙三醇，使溶液中丙三醇的质量分数为1％，加入0.19g二甲基亚砜，使溶液中二甲基亚砜质量分数为5％，加入0.19g曲拉通X-100，使溶液中曲拉通X-100的质量分数为5％，得到油墨，以此提高油墨导电性，对配制好的油墨进行搅拌30min，然后超声处理30min；
(8)油墨过滤：将所得油墨通过0.45μm醋酸纤维素针头滤器进行过滤，过滤两次以去除大颗粒油墨；
(9)喷墨打印：称取5mL油墨通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，喷墨打印过程重复15次，以提高导电性。
(10)退火处理：将喷墨打印后的纳米纤维素纸置于烘箱中，80℃下退火处理1h，降低导电层电阻，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
测量导电电极两端电阻，取三次测量结果的平均值，为110.43kΩ。应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好。
实施例2
本实施例提供一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法。
制备方法包括如下步骤：
A.纳米纤维素透明纸的制备：
(1)混合打浆：将阔叶木浆片粉碎后取40.0g绝干浆料加入2000mL去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液；
(2)Tempo氧化处理：称取0.64g Tempo，加入300mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌30min，再称取溴化钠4.12g，加入200mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌15min，然后取320mL浓度为0.66mol/L的次氯酸钠溶液，在1min内缓慢滴加至纤维素悬浮液中，最后加入816mL去离子水，控制反应溶液中纤维素的浓度为1.1wt％，加入碳酸氢钠溶液调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，从开始加入次氯酸钠开始计时，反应8h，反应过程中持续搅拌；
(3)停止反应：反应完毕后加入200mL无水乙醇，搅拌30min停止反应，加入0.5mol/L盐酸调节pH至7.0；
(4)抽滤洗涤：使用布氏漏斗进行真空抽滤，用去离子水洗涤5次；
(5)高压均质：将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释至质量浓度为1％，通过微射流高压均质机对浆料进行高压均质，均质过程重复8次，通过剪切作用使纤维分丝解裂，得到质量分数为1％的纳米纤维素水分散液；
(6)流延成膜：称取30mL的纳米纤维素水分散液，在60℃和80W下超声脱泡处理60min，使用滚轴均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，在25℃下干燥72h，得到纳米纤维素纸基。
B.喷墨打印PEDOT:PSS导电层
(7)油墨配制：称取PEDOT:PSS溶液2g，加入0.14g丙三醇，使溶液中丙三醇的质量分数为6％，加入0.11g二甲基亚砜，使溶液中二甲基亚砜质量分数为5％，得到油墨，以此提高油墨导电性，对配制好的油墨进行搅拌30min，然后超声处理30min；
(8)油墨过滤：将所得油墨通过0.45μm醋酸纤维素针头滤器进行过滤，过滤两次以去除大颗粒油墨；
(9)喷墨打印：称取5mL油墨通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，喷墨打印过程重复15次，以提高导电性；
(10)退火处理：将喷墨打印后的纳米纤维素纸置于烘箱中，80℃下退火处理1h，降低导电层电阻，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
测量导电电极两端电阻，取三次测量结果的平均值，为26.16kΩ。应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好。
实施例3
本实施例提供一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法。
制备方法包括如下步骤：
A.纳米纤维素透明纸的制备：
(1)混合打浆：将棉浆板粉碎后取40.0g绝干浆料加入2000mL去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液；
(2)Tempo氧化处理：称取0.8g Tempo，加入300mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌30min，再称取溴化钠4.8g，加入200mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌15min，然后取431mL浓度为0.66mol/L的次氯酸钠溶液，在1min内缓慢滴加至纤维素悬浮液中，最后加入402mL去离子水，控制反应溶液中纤维素的浓度为1.2wt％，氢氧化钠溶液调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，从开始加入次氯酸钠开始计时，反应8h，反应过程中持续搅拌；
(3)停止反应：反应完毕后加入200mL无水乙醇，搅拌30min停止反应，加入0.5mol/L醋酸调节pH至7.0；
(4)抽滤洗涤：使用布氏漏斗进行真空抽滤，用去离子水洗涤5次；
(5)高压均质：将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释至质量浓度为1％，通过微射流高压均质机对浆料进行高压均质，在50MPa下均质过程重复10次，通过剪切作用使纤维分丝解裂，得到质量分数为1％的纳米纤维素水分散液；
(6)流延成膜：称取30mL的纳米纤维素水分散液，在55℃和90W下超声脱泡处理40min，使用滚轴均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，在25℃下干燥72h，得到纳米纤维素纸基。
B.喷墨打印PEDOT:PSS导电层
(7)油墨配制：称取PEDOT:PSS溶液2g，加入0.11g二甲基亚砜，使溶液中二甲基亚砜质量分数为5％，加入0.11g丙三醇，使溶液中丙三醇的质量分数为5％，配制10mL对甲苯磺酸水溶液(质量浓度为50％)，在溶液中缓慢滴加0.03g对甲苯磺酸水溶液，得到油墨，以此提高油墨导电性，对配制好的油墨进行搅拌30min，然后超声处理30min；
(8)油墨过滤：将所得油墨通过0.45μm醋酸纤维素针头滤器进行过滤，过滤两次以去除大颗粒油墨；
(9)喷墨打印：称取5mL油墨通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，喷墨打印过程重复10次，以提高导电性；
(10)退火处理：将喷墨打印后的纳米纤维素纸置于烘箱中，100℃下退火处理30min，降低导电层电阻，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
测量导电电极两端电阻，取三次测量结果的平均值，为57.62kΩ。应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好。
实施例4
本实施例提供一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法。
制备方法包括如下步骤：
A.纳米纤维素透明纸的制备：
(1)混合打浆：将竹浆板粉碎后取40.0g绝干浆料加入2000mL去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液；
(2)Tempo氧化处理：称取0.48g Tempo，加入300mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌30min，再称取溴化钠4.8g，加入200mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌15min，然后取320mL浓度为0.66mol/L的次氯酸钠溶液，在1min内缓慢滴加至纤维素悬浮液中，最后加入256mL去离子水，控制反应溶液中纤维素的浓度为1.3wt％，加入碳酸钠溶液调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，从开始加入次氯酸钠开始计时，反应6h，反应过程中持续搅拌；
(3)停止反应：反应完毕后加入200mL无水乙醇，搅拌30min停止反应，加入0.5mol/L磷酸调节pH至7.0；
(4)抽滤洗涤：使用布氏漏斗进行真空抽滤，用去离子水洗涤4次；
(5)高压均质：将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释至质量浓度为1.8％，通过微射流高压均质机对浆料进行高压均质，在100MPa下均质过程重复4次，通过剪切作用使纤维分丝解裂，得到质量分数为1.8％的纳米纤维素水分散液；
(6)流延成膜：称取30mL的纳米纤维素水分散液，在50℃和100W下超声脱泡处理30min，使用滚轴均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，在25℃下干燥72h，得到纳米纤维素纸基。
B.喷墨打印PEDOT:PSS导电层
(7)油墨配制：称取PEDOT:PSS溶液2g，加入0.14g乙二醇，使溶液中乙二醇的质量分数为6％，加入0.11g二甲基亚砜，使溶液中二甲基亚砜质量分数为5％，得到油墨，以此提高油墨导电性，对配制好的油墨进行搅拌30min，然后超声处理30min；
(8)油墨过滤：将所得油墨通过0.45μm醋酸纤维素针头滤器进行过滤，过滤两次以去除大颗粒油墨；
(9)喷墨打印：称取5mL油墨通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，喷墨打印过程重复5次，以提高导电性；
(10)退火处理：将喷墨打印后的纳米纤维素纸置于烘箱中，90℃下退火处理40min，降低导电层电阻，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
测量导电电极两端电阻，取三次测量结果的平均值，为265.38kΩ。应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好。
实施例5
本实施例提供一种纳米纤维素纸基触控传感器及其制备方法。
制备方法包括如下步骤：
A.纳米纤维素透明纸的制备：
(1)混合打浆：将秸秆桨板粉碎后取40.0g绝干浆料加入2000mL去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液；
(2)Tempo氧化处理：称取0.8g Tempo，加入300mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌30min，再称取溴化钠4.12g，加入200mL去离子水，搅拌至均匀，倒入纤维素悬浮液中，搅拌15min，然后取320mL浓度为0.66mol/L的次氯酸钠溶液，在1min内缓慢滴加至纤维素悬浮液中，最后加入153mL去离子水，控制反应溶液中纤维素的浓度为1.5wt％，加入碳酸氢钠溶液调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，从开始加入次氯酸钠开始计时，反应4h，反应过程中持续搅拌；
(3)停止反应：反应完毕后加入200mL无水乙醇，搅拌30min停止反应，加入0.5mol/L盐酸调节pH至7.0；
(4)抽滤洗涤：使用布氏漏斗进行真空抽滤，用去离子水洗涤5次；
(5)高压均质：将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释至质量浓度为1.4％，通过微射流高压均质机对浆料进行高压均质，在75MPa下均质过程重复8次，通过剪切作用使纤维分丝解裂，得到质量分数为1.4％的纳米纤维素水分散液；
(6)流延成膜：称取30mL的纳米纤维素水分散液，在50℃和100W下超声脱泡处理30min，使用滚轴均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，在25℃下干燥72h，得到纳米纤维素纸基。
B.喷墨打印PEDOT:PSS导电层
(7)油墨配制：称取PEDOT:PSS溶液3.38g，加入0.038g丙三醇，使丙三醇的质量分数为1％，加入0.19g二甲基亚砜，使二甲基亚砜质量分数为5％，得到油墨，以此提高油墨导电性，对配制好的油墨进行搅拌30min，然后超声处理30min；
(8)油墨过滤：将所得油墨通过0.45μm醋酸纤维素针头滤器进行过滤，过滤两次以去除大颗粒油墨；
(9)喷墨打印：称取5mL油墨通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，喷墨打印过程重复15次，以提高导电性；
(10)退火处理：将喷墨打印后的纳米纤维素纸置于烘箱中，80℃下退火处理1h，降低导电层电阻，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
测量导电电极两端电阻，取三次测量结果的平均值，为97.20kΩ。应用于LED灯的触控开关，触控灵敏度良好。
表1为实施例1～5制备的纳米纤维素纸基传感器两端电阻的比较，从表中可以看出，通过实施例2制备的纳米纤维素纸基传感器导电性能最好。
表1不同油墨配方获得纳米纤维素纸基传感器的两端电阻对比
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米纤维素纸基触控传感器，其特征在于：包括基底和导电层，所述的基底为纳米纤维素纸基，该纸基呈透明状；所述的导电层为平面梳状排列在基底上的PEDOT:PSS像素单元。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维素纸基触控传感器，其特征在于：所述的PEDOT:PSS像素单元通过喷墨打印的方式沉积于纳米纤维素纸基的表面。
3.权利要求1或2所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)纳米纤维素纸基的制备：
将纤维素原料粉碎，加入去离子水中混合打浆，使纤维素均匀分散，得到纤维素悬浮液，在纤维素悬浮液中依次加入Tempo溶液(2，2，6，6-四甲基哌啶-氧化物)、溴化钠溶液(NaBr)和次氯酸钠溶液(NaClO)，搅拌均匀，得到反应溶液，加入去离子水调节反应溶液中纤维素的浓度，再加入缓冲溶液Ⅰ调节pH值维持在10.0左右，进行氧化反应，然后加入无水乙醇停止反应，搅拌均匀，加入缓冲溶液Ⅱ调节pH至7.0，对反应产物进行真空抽滤，同时洗涤至不含杂质，得到Tempo氧化后悬浮液，将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释，然后进行高压均质，得到纳米纤维素水分散液，超声脱泡后均匀涂覆在玻璃板上，盖上防尘罩，常温下干燥，得到纳米纤维素纸基；
(2)喷墨打印PEDOT:PSS导电层
在PEDOT:PSS溶液中加入有机掺杂剂，得到油墨，搅拌均匀后超声脱泡，将油墨通过针头过滤器进行过滤，去除大颗粒油墨，然后通过注射器注入到打印机黑色墨盒中，通过CAD绘制的梳状电路图像将PEDOT:PSS喷墨打印至纳米纤维素纸基表面形成梳状电极，然后将喷墨打印后的纳米纤维素纸进行退火处理，即得到所述的纳米纤维素纸基触控传感器。
4.根据权利要求3所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的纤维素原料为阔叶木浆、针叶木浆、棉浆、竹浆或秸秆浆；
步骤(1)中所述的缓冲溶液Ⅰ为碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠；
步骤(1)中所述的缓冲溶液Ⅱ为盐酸、醋酸或磷酸。
5.根据权利要求3所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的纤维素悬浮液中纤维素的浓度为0.02g/mL；
步骤(1)中所述的加入去离子水调节反应溶液中纤维素的浓度为1～1.5wt％；
步骤(1)中所述的反应溶液中，纤维素原料与TEMPO的质量比为1：0.012～0.020；纤维素原料与溴化钠的质量比为1：0.08～0.12；纤维素原料与NaClO的质量比为1：0.30～0.53，所述的纤维素原料以绝干原料计；
步骤(1)中所述的将Tempo氧化后悬浮液加入去离子水稀释后，所得溶液中的纤维素的浓度为1～1.8wt％。
6.根据权利要求3所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的氧化反应的时长为4～8h；
步骤(1)中所述的加入无水乙醇停止反应后的搅拌均匀的时长为30～60min；
步骤(1)中所述的洗涤至不含杂质的方法为在抽滤的同时用去离子水洗涤3～5次；
步骤(1)中所述的高压均质通过微射流高压均质机进行，高压均质过程重复4～10次，压力为50～100MPa；
步骤(1)中所述的超声脱泡的条件为在50～60℃和80～100W的条件下超声脱泡30～60min；
步骤(1)中所述的均匀涂覆采用滚轴进行；
步骤(1)中所述的常温干燥的条件为在20～30℃下干燥72～96h。
7.根据权利要求3所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的有机掺杂剂为乙二醇、丙三醇、无水乙醇、二甲基亚砜、曲拉通X-100和对甲苯磺酸中的一种或两种以上。
8.根据权利要求3所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的PEDOT:PSS溶液中的固体含量为0.6～1.2％，PEDOT与PSS的质量比为1:6；
步骤(2)中所述的油墨中，PEDOT:PSS溶液质量与有机掺杂剂的质量比为89:11。
9.根据权利要求3所述的纳米纤维素纸基触控传感器的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的搅拌的时长为30～60min；
步骤(2)中所述的超声脱泡的条件为在50～60℃和80～100W的条件下超声脱泡30～60min；
步骤(2)中所述的针头过滤器为直径0.45μm的醋酸纤维素过滤器；
步骤(2)中所述的喷墨打印过程需要重复5～15次；
步骤(2)中所述的退火处理的条件为在80～100℃下处理30～60min。
10.权利要求1或2所述的纳米纤维素纸基触控传感器的应用，其特征在于：将所述的纳米纤维素纸基触控传感器用作LED的触控开关。
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