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。

辐射降温聚烯烃纳米纤维膜的制备及其性能

为提高纳米纤维防护材料的热湿舒适性,利用乙烯-辛烯共聚弹性体(POE)和醋酸丁酸纤维素酯(CAB)为原料,通过熔融共混相分离法制备了辐射降温POE纳米纤维膜,并与乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维膜、棉织物进行对比,研究其形态结构、红外辐射透过率、降温效果及透湿性。结果表明:POE纳米纤维膜的形态均匀,平均直径为570 nm,其直径及孔径均大于PVA-co-PE纳米纤维膜;POE纳米纤维膜的中红外辐射(7~14μm)透过率接近100%,且随着纳米纤维膜厚度的增加而明显下降。与之对比,PVA-co-PE纳米纤维膜在相应波段的透过率有所下降,而棉织物完全不能透过中红外光;POE纳米纤维膜具有更好的红外辐射降温效果,将其覆盖在加热模块表面后,真空条件下模块温度保持不变,室温条件下模块温度仅升高0.5℃;此外,POE纳米纤维膜表现出良好的透湿性,其透湿率为2845 g/(m 2·d),略低于棉织物的(3530 g/(m 2·d));将POE纳米纤维作为涂层材料涂覆在棉织物表面构筑复合防护膜,可提升棉织物的过滤阻隔性能,且不影响其热湿舒适性。

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。

纤维晶体管器件研究进展

在学科高度交叉、技术深度融合、物联网、人工智能、类脑计算等新兴产业迅猛发展的时代背景下,传统携带式可穿戴电子设备已难以满足人们对高性能电子纺织品的需求。为全面探究纤维晶体管在电子织物领域的应用前景,首先简述了纤维晶体管的组成、分类与工作原理,重点介绍了纤维基有机场效应晶体管和纤维基有机电化学晶体管;其次,介绍了纤维晶体管器件在智能可穿戴和植入式生化传感器、忆阻器和人工突触类脑计算神经形态器件、逻辑电路等前言领域的研究进展;分析了纤维晶体管在器件集成、性能优化和实际应用等方面所面临的问题与挑战。研究指出纤维晶体管在推动电子织物、人机交互、智慧医疗等国家战略产业发展和驱动人类社会迈向泛智能时代中的应用前景,期望为下一代高性能纤维晶体管的发展提供借鉴与启发。

PAN/PAAc复合纤维膜的吸附动力学研究

以聚丙烯腈(PAN)为结构框架,制备了PAN/聚丙烯酸(PAAc)复合纤维膜,研究了其吸附动力学。结果表明:当N,N-二甲基甲酰胺、PAN、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的质量分数分别为87.30%,9.70%,1.47%,1.47%,0.06%时,PAN/PAAc复合纤维膜对镍离子的吸附效率高达75.39%,且该吸附行为较符合准二级吸附动力学模型,其中,外扩散占主导作用。

间隔织物基光热-热电复合材料的制备及其性能

为提高柔性可穿戴供能设备的热电性能,首先利用NaOH和二甲亚砜(DMSO)共同掺杂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)制备NaOH/DMSO/PEDOT:PSS热电膜,研究了NaOH及DMSO质量分数对PEDOT:PSS电导率、塞贝克系数以及功率因数的影响;然后以棉/涤纶间隔织物为基材,通过复合NaOH/DMSO/PEDOT:PSS并涂覆ZrC/聚氨酯(PU)光热层制备光热-热电复合材料,并对复合材料的形貌结构和热电性能等进行表征。结果表明:当添加质量分数为0.5%的NaOH及3.5%的DMSO时,NaOH/DMSO/PEDOT:PSS热电膜的功率因数达到最高,为25.6μW/(m·K^(2)),是纯PEDOT:PSS膜的2327倍;光热-热电复合材料的塞贝克系数为35.5μV/K,添加ZrC/PU光热层后复合材料在光照下产生的电压为无光热层复合材料的6.3倍。

对“非织造材料与工程”新专业建设的认识与建议

非织造技术是一种源于纺织技术又超越纺织技术的纤维材料生产加工技术。非织造产品具有许多其它纺织品不可比拟的突出性能，能广泛地应用于人类的衣食住行和各个产业领域。为适应其高速发展的需要，教育部于2005年2月正式批准在东华大学成立“非织造材料与工程”专业。而我们有幸成为东华大学纺织学院03级“非织造材料与工程”专业方向的学生。

纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

针对目前柔性智能可穿戴领域面临的产品功能单一、续航能力低、穿着舒适性差及三维扭曲形变时与人体贴合性不佳等问题,研究了基于纺织、材料、电子、通信、生物、能源及环境等多学科交叉领域的柔性智能可穿戴纺织品,分析了纤维基柔性智能可穿戴器件的制备方法、组成结构、三维形变与性能之间的关系。综述了近年来可穿戴技术与产品的研究进展及纤维材料在柔性应变传感器、有机电化学晶体管基生化传感器、超级电容器、微生物燃料电池等柔性智能可穿戴领域的最新应用,指出可穿戴技术与纺织材料的融合是可穿戴产品发展的必然趋势和客观需求。

热塑性纳米纤维的制备及功能化

以王栋教授领衔发明的一种新型高产出环境友好型热塑性纳米纤维的制备工艺——熔融挤出相分离法为基础,综述了热塑性纳米纤维及其膜制备的基本原理、工艺过程、功能化改性及应用研究相关进展。重点介绍了:1以纤维素为基体抽取热塑性纳米纤维的方法及结构调控的机理;2纳米纤维及其膜通过共聚接枝处理、表面原子转移自由基聚合(SI-ATRP)方法、点击化学(Click Reaction)等方法实现其功能化改性的原理;3功能性纳米纤维材料在生物传感器、抗菌、过滤分离和抗污等领域的应用,包括:具有快速检测与消灭细菌等有害微生物的协同功能的纳米纤维膜传感器、具有优异杀菌功能的纳米纤维膜、应用于水净化和重金属离子去除的高效过滤纳米纤维膜、抗非特异性蛋白吸附以及在光照下具备自清洁自消毒功能的纳米纤维材料等。最后,分析了发展新型纳米纤维的关键问题及重要性,展望了纳米纤维的未来发展方向和潜在的应用领域。

蕉麻纤维表面化学沉积纳米镍薄膜的形态研究

针对天然植物纤维功能单一及应用领域狭窄问题,通过化学溶液丝光化处理,获得不同形态的蕉麻纤维,再通过纤维表面硅烷接枝处理及常温化学镀等步骤,在蕉麻纤维表面生长纳米镍薄膜。采用扫描电子显微镜对纤维及纳米镍薄膜的表面形貌进行观察分析,结果显示,通过化学镀的方法使蕉麻纤维表面获得了致密的纳米镍薄膜,未处理纤维的表面纳米薄膜比较平整,而丝光化处理的纤维表面的纳米镍薄膜呈现出明显的微凸结构,说明可以通过化学处理蕉麻纤维基体来实现纳米镍薄膜微观形态的调控。

开发耐久性抗菌非织造布的可行性探讨

针对当前纺织工业和人们的生活理念向健康、天然、环保发展的趋势,探讨开发耐久性抗菌非织造布的可行性,涉及抗菌剂和抗菌纺织品的市场、抗菌剂的种类、抗菌纺织品的加工和测试方法、菌种的选择、耐久性抗菌非织造布的生产方法等方面,提出耐久性抗菌非织造布的市场前景良好,但是采用无机抗菌母粒与聚合物切片共混纺丝还存在一些技术问题。

抗菌聚丙烯熔喷材料的反应挤出法制备及其性能

为制备高效抗菌的医用材料,利用反应挤出工艺将氯胺前驱体甲基丙烯酰胺(MAM)通过自由基接枝到聚丙烯(PP)主链上,制备出改性聚丙烯接枝甲基丙烯酰胺(PP-g-MAM)母粒,然后通过熔喷纺丝制备得到熔喷材料并进行氯化处理,对其组成结构、耐热性、力学性能、表面形态、过滤效果和抗菌性能进行综合评价。结果表明:MAM成功接枝到了PP分子链上,且改性对PP的耐热性、熔喷材料的纤维形貌及力学性能影响较小;PP-g-MAM熔喷材料对粒径≥0.3μm的氯化钠气溶胶的过滤效率为98.6%,氯化熔喷材料的过滤效率下降4%~14%,但可通过电晕再驻极使过滤效率恢复到98%以上;在氯化溶液pH值为5且氯化时间为10 min时,氯化PP-g-MAM熔喷材料中的活性氯含量超过0.03%,其对金黄色葡萄球菌的抑菌率超过98%,且与大肠杆菌接触20 min后抑菌率超过99%。

熔体静电纺丝制备抗菌聚丙烯纤维及其性能研究

近年来对熔体静电纺丝实验装置的研究较多,但对于利用熔体静电纺丝工艺制备功能纤维的研究还需补充。为进一步完善利用熔体静电纺丝方法制备功能纤维的工艺,本工作以熔喷聚丙烯树脂作为原料,探究了熔体静电纺丝工艺中纺丝温度、纺丝电压、收集距离以及收集方式对聚丙烯纤维直径及其分布状态的影响,随后通过自由基熔融接枝改性制备聚丙烯接枝1-烯丙基乙内酰脲(PP-g-AHD),并将PP-g-AHD通过熔体静电纺丝工艺制成纤维。经红外分析仪、有机元素分析仪及扫描电子显微镜对聚丙烯纤维及PP-g-AHD纤维进行测试。结果表明:AHD成功接枝到聚丙烯分子链上,但接枝率较低,最高为3.37%;熔体静电纺丝制备的聚丙烯纤维直径在2~11μm,PP-g-AHD纤维最小平均直径为8.43μm,纤维间呈交错结构且分布均匀;PP-g-AHD纤维经氯化处理后,活性氯含量超200×10^(-6),且再次氯化后活性氯含量减少幅度较小;氯化PP-g-AHD纤维在与大肠杆菌及金黄色葡萄球菌接触30 min后,抗菌率均超过99%。

环境友好高吸水纤维素海绵的制备及影响工艺

NaOH/尿素水溶液体系低温溶解纤维素法是一种环境友好、低成本的纤维素溶解方法。文中以NaOH/尿素水溶液为溶剂体系,微晶纤维素为原料,无水硫酸钠为成孔剂、精梳棉为增强纤维,利用冷冻法溶解微晶纤维素成功制备了具有高吸水性能的纤维素海绵。通过扫描电子显微镜、电子万能材料试验机及差重法分析了微晶纤维素浓度、增强纤维浓度、成孔剂浓度以及成孔剂颗粒大小对纤维素海绵形态结构、密度、拉伸强度及吸水率的影响。研究结果表明,微晶纤维素质量浓度、增强纤维质量浓度、成孔剂浓度以及成孔剂颗粒的大小是影响纤维素海绵性能的主要因素。当纤维素添加量为m（纤维素）/m（S）=6/100,增强纤维添加量为m（增强纤维）/m（S）=3/100,成孔剂添加量为m（成孔剂）/m（S）=140/100,成孔剂的粒径在0.125-0.18mm时,纤维素海绵的综合性能较好,其形态均匀,吸水性可以达到900%以上。

PVA-co-PE纳米纤维过滤膜的制备及性能表征

通过熔融挤出相分离法制备聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维,然后将纳米纤维涂覆到聚丙烯(PP)熔喷非织造布表面制备纳米纤维复合膜.表征了纳米纤维复合膜的表面形貌,分析了其孔径分布、接触角和力学性能随涂覆率的变化,并通过测量纳米纤维复合膜对CaCO3悬浮液的过滤效果,研究了其过滤性能和截留率.研究结果表明:表面涂覆PVA-co-PE纳米纤维后,PP熔喷非织造布的力学性能、亲水性能都有显著的提高;随着纳米纤维量的增加,膜的孔径分布更加均匀,平均孔径减小;涂覆150g纳米纤维悬浮液后,复合膜对CaCO3悬浮液的过滤效率最高可达到75.86%.

巯基改性EVOH纳米纤维膜对纳米银粒子的吸附研究

随着纳米技术在生活中的广泛应用,纳米粒子对水体的污染日趋严重。本文采用直径在300nm到500nm的EVOH纳米纤维膜对溶液中重金属粒子的吸附研究。为了获得更好的吸附效果,采用巯基丙酸对纳米纤维膜表面进行改性。用纳米Ag粒子作吸附研究,结果表明,通过巯基官能化的EVOH纳米纤维膜的表面对纳米Ag粒子比没有改性前表现出更好的吸附效果,对纳米Ag粒子的吸附率达到21%,相对提高10个百分点。这对后续其它官能团的改性研究和抗菌研究提供了依据。

MWCNTs/PVA-co-PE纳米纤维膜的制备方法

通过将多壁纳米碳管分散到一种热塑性高分子材料PVA-co-PE中,再以该材料为分散相,通过对材料流变性、界面性能以及成型条件的控制,使热塑性高分子材料在纤维素酯基体中分散、诱导取向和聚集,原位组装成纳米纤维复合材料。采用环境友好型溶剂丙酮将纤维素酯基体除去后,可制备出连续的、束状MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维材料。通过扫描电子显微镜对制备的纯PVA-co-PE纳米纤维与质量分数不同的MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维的形态结构进行表征,并利用DSC、TG等分析MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维的Tm、热降解等性能。

基于音乐诱发脑电的抑郁症识别研究

抑郁症是最常见的精神类疾病之一,临床诊断存在困难,有必要寻找一种客观、高效的方式来辅助抑郁症的快速识别。通过融合中性、负性、正性音乐刺激下的不同脑电图(EEG)数据,提出一种新的抑郁识别方法来区分轻度抑郁症患者和正常对照组。在接受不同音乐刺激的同时同步记录抑郁症患者和正常对照组的脑电信号;然后从各模态的脑电图信号中提取线性和非线性特征,得到各模态的特征;此外,采用线性组合技术融合不同模型的脑电特征,构建全局特征向量,找出最佳的特征子集。最后比较了各分类器K-NN、DT和SVM的分类精度。实验结果表明,基于音乐刺激诱发脑电建立有效的抑郁症识别模型,KNN分类器的分类准确率最高达86.93%,可为抑郁症的辅助识别提供客观的指标和依据。

抗菌熔喷无纺布的制备及性能表征

通过将具有杀菌功能的银锌抗菌粉体材料经与高流动性聚丙烯进行熔融共混造粒,制备具有杀菌抗病毒功能的聚丙烯材料,进行熔喷纺丝,制备杀菌抗病毒熔喷无纺布。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪、过滤效果测试仪分别对熔喷无纺布进行表面形态、红外、热失重、过滤效果进行表征。结果表明:杀菌抗病毒无机材料均匀分散在纤维中,杀菌抗病毒熔喷无纺布与常规熔喷无纺布相比,表面形态、红外光谱、热失重曲线、过滤效果没有明显变化,满足一般熔喷无纺布在不同领域内的使用要求,同时赋予材料抗菌功能。此方法工艺简单,绿色环保节能,能克服抗菌染整工艺手段的缺陷,具有较好的应用前景。

基于FFT方法的碳纳米管增强复合材料微尺度力电行为研究

为揭示碳纳米管空间非均匀分布效应对碳纳米管增强复合材料微尺度力学、电学性能的影响规律,采用快速傅里叶变化(FFT)方法,建立了FFT微尺度力-电耦合模型,并与文献中实验数据与理论计算结果进行对比,验证该模型的高效性、准确性和适用性。探究一维纳米导电填料(1D-NCF)的弯曲、取向等空间非均匀分布对复合材料力学、电学性能的影响。结果表明:当1D-NCF体积分数≤2%,等效电导率随着1D-NCF团聚率的增加先减小后增大,随最大取向角的增加而增加。当1D-NCF体积分数≥3%,饱和等效电导率随着团聚率、最大取向角的增加而减小。研究可为纤维基柔性力学传感材料的优化设计及构筑提供参考。