【摘 要】
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数字化、信息化趋势席卷全球,各种各样的电子设备使我们的生活更智能、安全、舒适。其中,传感器可以将外界刺激转换为电信号,是自然信息数字化的必备工具。然而,呈指数增长的传感设备产生了大量不可降解和不可回收的电子垃圾,严重威胁人体健康和自然环境。为了解决这个问题,环境友好型传感功能材料将成为新兴趋势。压电传感技术具备自供电潜力,且设备结构简单,易于集成,是机械传感的主要机制之一。目前的环境友好型压电材料
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数字化、信息化趋势席卷全球,各种各样的电子设备使我们的生活更智能、安全、舒适。其中,传感器可以将外界刺激转换为电信号,是自然信息数字化的必备工具。然而,呈指数增长的传感设备产生了大量不可降解和不可回收的电子垃圾,严重威胁人体健康和自然环境。为了解决这个问题,环境友好型传感功能材料将成为新兴趋势。压电传感技术具备自供电潜力,且设备结构简单,易于集成,是机械传感的主要机制之一。目前的环境友好型压电材料主要集中于可降解压电功能材料,但已报道天然生物材料或可降解人工合成聚合物的压电性能有限。环境友好型压电材料亟需一种新的解决思路。本文围绕环境友好型压电功能材料开展了以下研究:（1）提出一种以高氯酸咪唑（ImClO4）为压电功能填料,细菌纤维素（BC）水凝胶为基体材料的复合策略:采用溶剂法合成ImClO4晶体,静态发酵工艺合成BC水凝胶;通过烘干充分浸润ImClO4水溶液的BC水凝胶,ImClO4晶体能够与BC模板较好地结合,制备得到的ImClO4/BC复合压电材料可在外力作用下弯折,拉伸模量为0.4GPa,且在室温至80°C的温度范围内无明显质量损失。（2）系统研究ImClO4/BC复合压电材料的电学及传感特性:ImClO4/BC复合压电材料可在0.2～31.25 k Pa的较宽压力范围内保持4.00 m V k Pa-1的较高灵敏度;其介电常数及介电损耗在室温至80°C的条件下无明显变化,响应信号在2 000次循环试验和大形变测试下未见衰减,且同一批次的不同样品表现出相似的电滞回线和输出性能。进一步地,将ImClO4/BC复合压电材料应用于自供电纸质键盘,实现了键盘功能。（3）提出一种以水溶液为媒介的复合、分离、降解/回收策略,验证ImClO4/BC复合压电材料的环保应用潜力:将ImClO4/BC复合压电材料在50 m L水中浸泡18小时,BC模板和ImClO4可以完全分离。回收BC在纤维素酶溶液(5 g L-1,50°C)中浸泡4小时后完全降解为对环境无害的低聚糖。以回收ImClO4为原料制备得到的再生ImClO4/BC复合压电材料表现出与标准样相似的微观形貌、物相组成和传感性能。
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