高灵敏度MXene基纤维传感器的制备及性能

以热塑性聚氨酯(TPU)为基底、原位氢氟酸刻蚀法制备的过渡金属碳化物/氮化物(MXene)纳米片为导电材料,经湿法纺丝技术制得了MXene-TPU导电纤维(MTF)。采用SEM、EDS、TGA对其进行了表征,测试了其电导率、力学性能、拉伸应变传感性能,评价了其在人体运动检测中的应用。结果表明,在TPU内部建立的MXene导电网络赋予了MTF高应变灵敏系数(在120%应变下灵敏系数为2930)。MXene的引入提高了MTF的热稳定性,其热分解温度从聚氨酯纤维(TF)的360℃提高到400℃;MXene在纤维表面及内部形成的连续导电通路赋予纤维良好的导电性(电导率为141.54 S/m);MXene也增强了MTF纤维的模量,MXene理论负载量为21.74%的MTF样品(MTF_(2))应变50%时的应力(σ_(50))比TF增大了1.3倍,具备一定的拉伸应变恢复性;MTF_(2)通过电阻变化率的不同来表达人体关节运动形式,可用于人体运动监测。

微晶纤维素-热塑性聚氨酯核壳结构气凝胶纤维的制备及性能

为了提高气凝胶纤维的机械强力和隔热性能,采用微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)和热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)同轴湿法纺丝,通过溶剂交换和冷冻干燥,制备具有MCC多孔气凝胶核层和TPU壳层的气凝胶纤维,并对MCC-TPU气凝胶纤维的形貌及化学晶体结构、热稳定性、力学性能和保温隔热性能进行分析测试。结果表明:MCC通过溶解和再生制备成MCC气凝胶纤维后,晶型结构由纤维素Ⅰ型转变为纤维素Ⅱ型;MCC-TPU气凝胶纤维内部具有多级孔隙结构,存在介孔和微孔孔隙(密度0.169 g/cm^(3),比表面积6.460 m^(2)/g,平均孔径17.005 nm);当MCC质量分数为1.5%、TPU质量分数为25%时,所制备的MCC-TPU气凝胶纤维拉伸性能最好,断裂强力和断裂伸长率分别达到2.32 MPa、567.47%,比MCC质量分数为3.0%、TPU质量分数为0%时所制备的气凝胶纤维分别增加了246%和11027%,可以编织成纺织品,具有良好的机械性能和柔韧性;TPU的引入使气凝胶纤维整体的热稳定性得到了提高,MCC-TPU气凝胶纤维与热台温差最高可达22.48℃,整体红外发射率低于0.5,热辐射降低,在高性能保温纺织品领域有着很好的应用前景。

聚苯胺尼龙导电织物的制备及其传感性能

采用低温原位聚合法在尼龙织物表面形成一层聚苯胺导电材料,并用场发射扫描电子显微镜和显微拉曼成像光谱仪对其形貌及化学组成进行了表征,用数显万用表和电化学工作站测试了其导电性能。结果表明,聚苯胺聚合在尼龙织物的表面,赋予尼龙织物较好的导电性,聚苯胺尼龙导电织物电导率为31.62 S/m。聚苯胺尼龙导电织物的电阻随应变的增大而增大,当应变回复到初始状态时,电阻逐渐恢复并接近初始值,在3500次拉伸-回复循环后仍有96.2%的高循环稳定性。聚苯胺尼龙导电织物具有良好的传感性能,在0~15%应变范围内可以准确监测人体的关节运动。同时,聚苯胺尼龙导电织物也具有热电性能,其塞贝克系数为8.406μV/K,有望作为温差传感器。