聚吡咯/氨纶长丝的应变传感性能与应用

为制备应用于运动监测方面的柔性拉伸应变传感器,探索拉伸型应变传感材料自身长度及拉伸应变对运动监测效果的影响,将表面聚合吡咯的氨纶长丝裁剪成不同长度进行循环拉伸测试,通过扫描电子显微镜和红外光谱仪对氨纶长丝和聚吡咯/氨纶长丝的微观形貌及化学结构进行表征,并测试分析了不同长度的聚吡咯/氨纶长丝在不同速率下拉伸不同应变时的电力学性能。结果表明:通过原位聚合可使聚吡咯完全覆盖氨纶长丝表面,所得聚吡咯/氨纶长丝在500%的应变范围内应力最高可达21.0 MPa;灵敏度值在0%~63%和118%~243%应变范围内分别为1.82和43.3,在800 mm/min速率下拉伸10%应变的响应时间为200 ms。为探索聚吡咯/氨纶长丝与实际应用的匹配性,测试了不同长度聚吡咯/氨纶长丝在连续循环拉伸过程中的电阻变化,归纳其电阻变化特性,并将有效长度1 cm的聚吡咯/氨纶长丝固定在食指第2关节处以监测手指关节的重复弯曲。

基于原位冷冻界面聚合法的纱线传感器制备及其应变传感性能

为解决传统传感器柔性差、制备成本高等问题,以涤纶包氨纶纱为基材,通过聚多巴胺修饰和聚吡咯的原位冷冻界面聚合制备了具有快速响应、稳定的电力学性能和循环耐用传感性能的柔性纱线应变传感器。利用扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪、傅里叶红外光谱仪对导电纱的微观形貌和化学结构进行表征,探究了不同拉伸应变下导电纱的电阻变化性能。结果显示:在吡咯单体与三氯化铁的量比为1的最佳配比下,在不同的拉伸范围、拉伸速度下,纱线传感器电阻变化稳定,拉伸形变小于6%时,灵敏度达4.039;在10%应变下,响应时间为166.67 ms;此外,纱线循环拉伸1000次后仍具有优异的稳定性。导电纱可通过编织、针织或刺绣等方式与织物相结合,实时监测人体关节活动,广泛应用于人体运动识别和远程医疗服务等领域。

导电纤维的发展现状及应用

作为功能性导电材料的一种,从基础的抗静电、防辐射产品的开发应用到如今各类层出不穷的穿戴式柔性传感器件、智能纺织品的问世,导电纤维在科学发展至今愈发凸显出不可或缺的重要性。结合Citespace软件从知识图谱的角度和主观文献分析角度梳理了导电纤维的发展及应用现状,并对导电纤维领域的研究热点与发展趋势进行了总结,可以为导电纤维的发展指明方向,同时为导电纤维的应用提供支撑。

耐用多功能光热阻燃织物的制备及应用

为制备日间可自加热且防火性能优异的多功能光热阻燃织物,采用聚多巴胺修饰的芳砜纶非织造布作为亲水基材,Fe_(3)O_(4)作为光热功能材料,聚磷酸铵(APP)作为阻燃功能材料,通过浸渍将共沉淀法制备的Fe_(3)O_(4)微球借助黏性聚磷酸铵对其包裹功能涂层得到多功能阻燃光热织物。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、时间-温度曲线以及点燃实验对光热阻燃织物的结构和性能进行表征,并观察织物在酸碱溶液放置后的形态以表征阻燃光热织物的耐用性。结果表明,光热阻燃织物在保持良好柔韧性的情况下,兼具Fe_(3)O_(4)优异的光热性能和APP的阻燃性能,在日间可升温至60℃以上,初遇火焰时难燃,12 s后离开火源织物自熄,并且在酸碱环境下仍保持良好的形态及耐用性。

石墨烯/酚醛复合纤维的制备及性能

石墨烯纤维是新一代柔性器件的潜力电极材料,制备同时具有良好力学性能和电化学性能的石墨烯基复合纤维是研究的重点。以改良的Hummers法制备的氧化石墨烯为基体,酚醛树脂为增强体,冰乙酸为凝固浴,通过非液晶湿法纺丝的方法制备了石墨烯/酚醛复合纤维,并对得到的石墨烯/酚醛复合纤维的表面形貌、力学性能和电化学性能进行了研究。结果表明,酚醛树脂通过氢键与石墨烯片层相结合,从而减少石墨烯片层间的堆叠,使复合纤维的表面褶皱丰富且均匀。通过调控酚醛树脂的含量,可以得到具有不同表面褶皱程度的复合纤维。随着酚醛树脂用量的增加,纺丝液浓度增大,挤出胀大现象明显,复合纤维片层间隙增大,表面沟壑加深,缺陷增加。石墨烯/酚醛复合纤维的拉伸强度随着酚醛树脂用量的增加呈现先增大后减小的趋势,酚醛树脂用量为10%时纤维的拉伸强度和拉伸弹性模量分别为65.53 MPa和672.91 MPa。得益于表面丰富均匀的褶皱,在电流密度为0.2 A/cm^(3)时,氧化石墨烯∶酚醛为100∶10时体积比电容为583.4 F/cm^(3),远高于纯石墨烯纤维。

PVA-AgNWs@PVA水凝胶纤维制备及传感性能研究

为解决传统纤维基传感器功能单一与应变范围窄的缺点,以聚乙烯醇(PVA)为水凝胶基材、银纳米线为芯层填料、温敏粉末为皮层填料,采用同轴湿法纺丝技术制备PVA-AgNWs@PVA水凝胶初生纤维,将初生纤维置于4mol/L氯化钠溶液中浸泡72h制得PVA-AgNWs@PVA水凝胶传感纤维;对PVA-AgNWs@PVA水凝胶纤维的温度和拉伸传感性能进行测定。结果表明:PVA-AgNWs@PVA水凝胶纤维在环境温度小于17℃时呈深蓝色,18~27℃时呈蓝灰色,28~35℃时呈淡红色,大于36℃时呈灰白色;该水凝胶纤维断裂伸长率为374%,拉伸强度为3.65MPa,电导率为5.12S/m,应变灵敏度为3.57,在高频次运动状态下相对电阻变化一致。该文制备的PVA-AgNWs@PVA水凝胶纤维具有优异的温度和拉伸传感性能,在柔性可穿戴设备领域具有潜在的应用价值。

基于红外成像原理的防静电面料中导电纤维分布的快速测定技术研究

防静电织物可有效减少服装上的静电积聚,减少安全隐患,已经在航空航天、汽车、电子等领域得到广泛应用,对国防军工和国民经济发展具有重大意义。文章阐述了一种基于红外成像原理的防静电面料中导电材料分布的快速测定技术的开发过程,结果表明,当电压为140 V、电极距离为3 cm时,所呈现的图像最为清晰,能较为准确快速地判定防静电织物中导电纤维分布位置和规律,有利于提升产品质量,提高个体防护能力。

石墨烯复合材料在智能可穿戴领域的应用研究进展

介绍了石墨烯复合材料的导电机理,综述了石墨烯复合材料在智能可穿戴领域的应用研究进展,并展望了未来发展趋势。石墨烯复合材料的导电理论可大致归结为逾渗理论和隧道效应理论。石墨烯复合材料在智能可穿戴领域的应用主要涉及医疗保健、气体检测、运动监测、人机交互等方面。目前石墨烯复合材料应用在智能可穿戴领域面临产品价格偏高、能源耐久性不足、易受形变干扰、洗涤稳定性较差、穿戴后舒适性不佳,以及生物相容性和安全性有待进一步研究的挑战。指出智能化、特色化、个性化是未来石墨烯复合材料应用在智能可穿戴领域的发展方向。

镀银纤维工艺技术的研究开发

在FDY锦纶长丝纤维上通过磁控溅射的方法制备镀银纤维,研究了等离子预处理气体、磁控溅射条件等对镀银纤维镀层的影响,综合分析最终确定了最佳方案:预处理气体选用氩气和氧气的混合气体,功率为400 W;磁控溅射真空度为0.1 MPa,电流为3.5 A,电压为430~530 V,长丝走丝速度为7 m/min,镀膜时间根据纤维的长度灵活设定,最终镀银纤维导电性能良好,镀层表面光滑致密均匀,呈现白色金属光泽。

弹性导电复合纤维的制备及其应变与温度传感性能

为满足柔性可穿戴传感器的多功能传感需求,实现应变和温度传感具有重大的意义。采用湿法纺丝技术制备聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)/银纳米线(AgNWs)/聚氨酯(PU)弹性复合导电纤维,研究其拉伸应变传感性能和温度传感性能。结果表明:当AgNWs质量分数为20%,(PEDOT:PSS)与PU质量比为1∶3时,纤维热电性能达到最佳,电导率为47.4 S/cm,塞贝克系数为13.8μV/K,功率因数为902.7 nW/(m·K^(2)),此外,该弹性导电复合纤维具有良好的力学性能,断裂伸长率可达800%,能够检测0%~90%的应变范围,并在100次循环拉伸/回复下依旧保持良好稳定性;同时可将其作为温度传感器,快速检测人体与环境温度。

一种强通流防雷石墨基柔性接地新材料性能研究

针对现有电力系统接地领域金属接地材料存在不足的问题,提出了一种新型的强通流柔性石墨复合接地材料,作为替代金属接地材料的优选方案。本文介绍了一种新型的石墨基柔性接地材料,该材料具有强通流能力、耐腐蚀性和热稳定性,适用于复杂土壤环境下的接地工程。通过试验和仿真,对比了该材料与传统钢材类接地材料在耐腐蚀性、短时高频电流耐受性等方面的性能差异。结果表明,该材料的耐腐蚀性能优于钢材类材料,预期使用寿命超过30年;其与土壤的接触性能也优于钢材类材料,有利于提高输电线路的防雷水平。

导电纤维基柔性传感器的研究进展

柔性传感器优异的柔曲性使其能够轻松地实现与服装的无缝缝合,在智能纺织品领域具有广阔的发展空间。通过对导电纤维与导电纤维基柔性传感器相关文献的梳理总结,阐述了导电纤维与导电纤维基柔性传感器的分类、用途。

AgNPs/TPU导电纤维的制备及性能研究

以热塑性聚氨酯(TPU)为弹性纤维基体,三氟乙酸银(C_(2)AgF_(3)O_(2))为导电银纳米粒子(AgNPs)前驱体,水合肼为还原剂,采用湿法纺丝工艺、原位还原技术及热处理制备AgNPs/TPU导电纤维,研究了水合肼浓度、还原时间、C_(2)AgF_(3)O_(2)含量、热处理对纤维导电性能的影响,并对其微观形貌、化学组成、力学性能、拉伸电阻敏感性进行表征。结果表明:在C_(2)AgF_(3)O_(2)/TPU质量比为1.5:1.0,水合肼质量分数为15%,还原时间为20 min,120℃热处理30 min的条件下得到的AgNPs/TPU导电纤维具有最佳的导电性能,电导率可达108.9 S/cm;AgNPs/TPU导电纤维微观上呈中空多孔结构,纤维表面被AgNPs均匀覆盖;AgNPs/TPU导电纤维的力学性能相比纯TPU纤维有所降低,断裂伸长率为484%,断裂强度为0.15 cN/dtex;该纤维可在0~70%的应变范围内表现出较为优异的拉伸电阻敏感性,在0~40%及40%~70%应变范围内,灵敏度系数分别为23.1及218.2,通过预拉伸再还原可进一步提高纤维的拉伸电阻响应灵敏度。

纤维素/碳纳米管复合纤维的制备及其功能化应用

针对导电材料填充纤维素复合纤维的强度与导电性能难以兼顾的问题,利用羧基改性碳纳米管能较好地分散在水中,以及低温(-10℃)条件下氢氧化钠/尿素溶液能较好地溶解纤维素这个特性,制备了纤维素/碳纳米管复合纺丝液,然后通过湿法纺丝制备了含有不同质量分数碳纳米管的复合纤维,对复合纤维的微观结构、力学性能以及电学性能进行表征。结果表明:由于纤维素与碳纳米管之间的强相互作用以及碳纳米管的取向,使复合纤维具有良好的力学性能和导电性能,当碳纳米管质量分数为20%时,复合纤维的断裂强度为165 MPa,电阻为3 kΩ;当电压升高到30 V时,复合纤维的温度在15 s内可上升到62.3℃,且吹气和浸入水中都能产生规律的电阻变化。

改性PEDOT:PSS基热电非织造布的制备及其性能研究

为提高智能可穿戴电子设备的热电性能,采用正交试验优化原位聚合反应的工艺参数,并制备改性聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)基热电非织造布,通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热电偶测温仪、万用电表等对热电非织造布进行表征和测试,研究了热电非织造布的结构和性能。结果表明:PSS质量浓度为10 g/L、过硫酸铵浓度为0.15 mol/L、氯化铁浓度为0.1 mol/L、离子液体双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌质量浓度为30 mg/mL条件下,改性热电非织造布热电性能最优,其塞贝克系数为18.13μV/K,电导率为2.85 S/cm,极大地提高了PEDOT类导电聚合物的热电性能,可用于制备智能可穿戴电子设备。

涤纶织物的还原氧化石墨烯/聚苯胺改性及电热性能

采用偶联剂KH560对碱减量后的涤纶织物进行处理,再经原位沉积将石墨烯(rGO)和聚苯胺(PANI)负载于纤维表面,制得PANI/rGO/KH560@PET。采用四探针法测量织物表面电阻,并探究KH560质量浓度、氧化石墨烯沉积量和苯胺浓度对其导电性能的影响;通过扫描电子显微镜、能谱仪观察织物表面形貌及元素组成;通过傅里叶红外光谱及拉曼光谱分析织物表面化学结构;通过红外成像仪测试织物通电后的发热温度。结果表明:10 g/L KH560处理的涤纶织物经5 g/L GO分散液沉积7次,再经0.5 mol/L苯胺处理后,其导电性能相对较好,制备的PANI/rGO/KH560@PET织物方块电阻为0.33 kΩ/sq,在12 V电压下通电2 min,发热温度为67.6℃。

炭黑复合导电聚酯纤维的研制

为给导电纤维的生产提供参考,研究PET及不同质量分数导电炭黑/聚酯(CB/PET)导电母粒的熔点、熔融指数、特性黏度等性能,分析导电纤维的复合纺丝工艺,制备了三点外露截面形状的永久性导电纤维,测试了导电纤维的性能。结果表明:随着CB质量分数的增加,CB/PET熔体流动性能变差;在复合纺丝过程中,随着CB/PET导电母粒中CB质量分数的增加,纺丝温度和纺丝压力也要相应提高;导电纤维的导电性能随着CB/PET导电母粒中CB质量分数的增加而提高;随着牵伸比的提高,导电纤维的导电性能下降,导电纤维的最佳牵伸比为1.5。

聚对苯二甲酸丙二醇酯/聚苯胺复合导电纱的电学与力学性能

针对原位聚合的纱线连续导电处理方法存在原料利用率低的问题,通过改进了制备工艺,制备了聚对苯二甲酸丙二醇酯/聚苯胺(PTT/PANI)复合导电纱线,研究了氧化剂浓度对复合导电纱线导电性能以及力学性能的影响关系。结果表明:利用该法可以连续制备高电导率的PTT/PANI复合导电纱线,随着氧化剂浓度的提高,PTT纱线表面聚苯胺电导率先增大后降低,但纱线电导率逐渐提高趋于稳定。在大拉伸条件下,纱线电阻随拉伸的增大而增大,并成指数关系。在小应变拉伸-回复循环条件下,复合导电纱线的电阻变化较为复杂。复合导电纱线的断裂强力和断裂伸长率较处理前有所下降,初始模量有所增大。

典型材料的熔体静电纺丝研究

采用自制的熔体静电纺丝设备,针对工业上常用于纤维制造的几种典型材料[聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)],分别进行熔体静电纺丝研究,并成功制得性能较好的纤维。通过大量实验发现,PA6纺丝前需要彻底的干燥,并且干燥温度最好低于130℃;PET对温度敏感,是很好的纺丝原料;PLA很容易降解,应尽量避免高温加工(230℃以下为宜);PCL粘度很大,纺丝纤维极易粘连,不适合直接用于熔体的静电纺丝。

静电纺丝技术在超级电容器中的应用

静电纺丝是一种新型的非纺织成丝技术,具有适用材料体系广泛、纤维尺寸结构可控、工艺简便等特点,是制备连续纳米纤维的重要方法。静电纺丝技术制备的纳米纤维薄膜因具有巨大的纳米表面和网状孔隙结构可调等优势,在超级电容器领域显示出诱人的应用前景。综述了近年来静电纺丝技术在超级电容器电极材料和隔膜材料方面的研究进展,介绍了碳基、金属氧化物和聚合物电极材料高活性纳米纤维的制备方法及电化学行为,以及静电纺丝无纺布作为隔膜材料显示出的巨大优势,并总结了制约静电纺丝走向商业化的不利因素,如产率低、薄膜强度不足、喷丝不稳定等,最后介绍了近年来静电纺丝技术在结构可控、规模化制备的产业进展,并展望了其在超级电容器领域中的商业化应用前景。