针织柔性传感器研制现状与展望

针织柔性传感器因线圈结构而具有拉伸弹性良好、舒适贴身、质轻、可设计性强等优点,并极大地提升了穿着舒适性、拉伸性、耐洗性,但存在工作范围窄、灵敏度差以及具有一定滞后效应等问题。文章阐述针织柔性传感器的发展情况、分类、制备方法与性能评价,并从导电纱线与织物结构两个维度分析影响针织柔性传感器力学性能与电学性能的影响因素,为针织柔性传感器的优化设计与研制提供理论基础。

三维间隔织物编织工艺及应用

三维间隔织物是一种具有特殊结构的新型纺织材料。文章介绍了经编和纬编间隔织物的编织工艺和织造方式,归纳了间隔织物作为新型材料在垫用、服用、车用、建筑、农用、过滤、包装等方面的常规应用,重点讲述了三维间隔织物在可穿戴领域的研究现状和研究成果,包括传感器、电容器、发电机、纺织天线等智能器件,为间隔织物在可穿戴领域的应用和发展提供了参考。

针织一体成形电容传感器设计及其性能

针对柔性电容传感器的电极易暴露于外界环境和穿着舒适性差等问题,提出一种表面绝缘电极与介质层一体成形的针织电容传感器设计方法。进一步对传感器的力学性能、表面绝缘性能和传感性能进行探究,揭示了织物厚度与间隔丝直径对其性能的影响。研究发现,织物厚度越大,间隔丝直径越小的传感器综合性能越好,其中厚度为8.0 mm、间隔丝直径为0.15 mm的传感器表现最佳,其灵敏度为0.033 kPa^(-1),并且具有较低的迟滞性和快速响应时间,对不同性质输入信号(不同压缩距离和不同压缩频率)均具有良好的分辨响应能力,且具有2 000次循环内的重复稳定性,在手部动作识别及液体称重场景展现出较好的压力传感能力。该传感器降低了生产成本,且应用过程中信号稳定,在可穿戴、医疗监测及人机交互界面展现出巨大的应用潜力。

经编间隔织物基柔性机械手爪制备及性能研究

使用经编间隔织物作为填充基体,室温硫化硅橡胶作为填充剂,复合制备一种柔性缓冲材料,运用在机械手爪中以抓取易碎物体。硅橡胶填充率分别为30%、50%、70%、100%,探究不同填充率下柔性复合材料的压缩性能和冲击性能。结果表明,硅橡胶填充可以改善经编间隔织物承受载荷的能力和缓弹性能,填充率越大则柔性缓冲材料承受载荷的能力和缓弹性能也随之增加,提高了缓压和缓弹能力。采用3D打印机械手模具,硅橡胶填充率为100%,得到的柔性复合材料手爪在既保证必要刚性的条件下,又具有合理的弹性,能满足对易碎品、表面柔软物品、珍贵物体的搬运、夹取和移动等需求。

针织物柔性传感器的传感性能探讨

以镀银锦纶导电纱线作为面纱的添纱组织,制备了针织物柔性传感器试样。采用定伸长拉伸及储存式万用电表同步记录试样的电阻变化。研究了传感器的电阻与应变的关系及反复拉伸电阻的重复性。试验结果表明对于传感区域来说,在横列数相同的情况下,电阻随纵行数的增加而线性增加;在纵行数相同的情况下,电阻随横列数的减少而线性增加,电阻与应变的拟合曲线斜率也具有同样的规律。针织物柔性传感器的线性度、灵敏度和重复性能够满足作为传感器的要求。

经编预定向织物在柔性复合材料领域的优势

概述柔性复合材料的发展和应用情况,分析了经编预定向技术的特点及其在柔性复合材料领域的优势,重点介绍了经编预定向织物增强柔性复合材料的优良特性和应用前景。

针织服装的特性与结构设计特点

针织面料是由线圈组成,这种线圈结构决定了针织物独特的服用性能,并根据这些特性介绍针织服装结构设计的特点.

基于针织柔性传感器无线传输系统构建与测试

基于可穿戴、高可靠、低功耗和信息无线传输的要求,提出采用镀银导电纱线编织针织柔性传感器集成在智能服装上,构建基于ZigBee的无线网络以及终端节点和协调器节点之间的无线信号传输系统;将采集到的人体生理信号通过串口通信传输到协调器节点,然后通过Visual Basic 6.0的MSComm控件实现协调器节点与上位机之间的通信,并调用相关函数实时显示采集到的传感器电压变化曲线,从而反映出人体生理信号的变化。拉伸试验和呼吸信号采集试验验证了该方案的可行性。

金纳米线负载棉针织物柔性传感器制备及应用

柔性传感器具有稳定性优异、响应迅速、灵敏度高等特点,在智能可穿戴设备上具有广阔的开发前景。为满足可穿戴器件的要求,制备金纳米线,并用金纳米线溶液浸渍处理棉针织物,获得具有较好性能的传感元件。利用铜离子处理后的纱线人工绣制叉指电极,与金纳米线棉针织物复合材料组装成压阻式柔性传感器件,并将其置于人体的不同部位如手指、颈椎等部位,进行人体关节弯曲运动的传感性能测试。结果表明,所制备的压阻式柔性传感器实现了对人体关节运动过程中不同状态的实时跟踪与监测,取得了良好效果,为可穿戴柔性传感器的设计与应用提供了可行性方案。

碳纳米管基柔性针织物应变传感器的制备及性能

以肝素钠为分散剂,碳纳米管为导电填料,制备肝素钠分散的碳纳米管墨水HS-CNT,通过紫外光谱、Zeta电位和拉曼光谱分析HS-CNT墨水的分散效果。以HS-CNT墨水为“染液”,利用传统浸轧染色工艺,在棉针织物表面沉积CNT作为应变传感层,组装后得到CNT基织物应变传感器。表征了CNT基织物的形貌和导电性能,并测试织物应变传感器的传感性能和生物相容性。结果表明,棉针织物在HS-CNT墨水中浸轧染色5次后,其纤维表面CNT基本达到饱和状态且分散均匀,织物的电阻为28.5 kΩ;该织物应变传感器在0~50%的应变条件下显示出良好的循环稳定性和回复性,且具有优异的生物相容性。

基于针织的肘部弯曲传感器传感性能研究

为了运用针织导电织物作为柔性传感器来测试肘部弯曲度,对不同工艺条件下的导电织物进行了传感性能测试,以期获得最佳织物工艺。针对不同原料、组织和织物密度设计了三因素三水平正交实验,在圆机上织制了9种规格的导电织物并制作成袖套,测试了人体实际穿着时肘部弯曲过程中导电织物电阻的变化,采用多指标极差法和SAS方差法综合分析了9种导电织物的线性度、稳定性和灵敏度。实验结果表明,影响传感性能的因素从大到小顺序为原料、组织、织物密度,地纱原料的弹性对各传感性能影响最大,所以可以优先选择改变原料的弹性来调整传感器的传感性能。

基于原位聚合法制备聚吡咯涂层针织物及其热学性能研究

采用原位聚合法在针织物表面涂覆聚吡咯,制备具有良好导电性能的柔性导电针织物。采用红外摄像仪采集不同电压下聚吡咯涂层针织物的表面温度图像。结果显示,聚吡咯涂层针织物平衡温度随着施加电压的升高而升高,聚吡咯涂层针织物的表面温度与织物的功率密度成正比。对聚吡咯涂层针织物温度随时间的变化曲线进行拟合,拟合相关系数均大于0.9783。在10次循环加热测试中最高温度和稳态平均温度的变化率分别为7.04%和3.4%。柔性加热针织物在积极发热保暖服装领域具有非常广阔的应用前景。

织物增强PVC压延类柔性复合材料的蠕变性能研究

对不同增强结构和不同载荷水平下的PVC压延类柔性复合材料进行了蠕变试验,研究了PVC压延类柔性复合材料的蠕变性能。试验结果表明,在同等载荷水平条件下机织物增强PVC压延类柔性复合材料的耐蠕变性能差于双轴向经编织物增强PVC压延类柔性复合材料,且材料所受载荷水平越高蠕变速率越大。

经编间隔织物增强软质聚氨酯复合材料的压缩性能

采用一步法发泡工艺制备了6种经编间隔织物增强软质聚氨酯复合材料,并进行压缩性能测试,探讨了织物表面结构、聚氨酯泡沫中的含水量对复合材料压缩性能的影响。试验结果表明:织物表面结构紧密(含有更多间隔丝)的复合材料压缩性能较好;但随着含水量的增加,材料的抗压能力下降;含水量少的材料虽然耐压,但手感较硬,舒适性差。

柔性应变传感针织物的研究进展

针织物具有良好的延伸性和弹性,适于制备柔性应变传感器。对近几年国内外电阻式柔性应变传感针织物的研究进行综述,总结针织物柔性传感器的制备材料和方法,包括基于导电金属材料、基于导电高聚物、基于纳米碳材料的传感针织物,并研究分析组织结构对织物传感性能的影响。该研究为应变传感针织物的材料选择和结构设计提供参考。

经编间隔织物基柔性材料压缩性能研究

采用5种不同组织结构经编间隔织物作为增强基体,填充Natural Latex(天然乳胶)制备填充率为30%、50%、70%的柔性复合材料。对天然乳胶红外光谱图进行分析,并对纯织物及采用25%和50%压缩率的复合材料的静态压缩性进行测试。根据试验数据绘制复合材料载荷-压缩应变曲线图和应力-间隔丝排列密度关系图,对比分析不同填充率及不同压缩应变下复合材料的压缩性能。结果表明,经编间隔织物填充天然乳胶后复合材料承受载荷能力明显增加且天然乳胶填充率越高,复合材料越硬挺,抗压能力越强但缓弹性减弱;填充率越大,经编间隔织物间隔丝排列密度对复合材料压缩性能影响越小。经编间隔织物基天然乳胶柔性复合材料优良的压缩性能可应用于鞋垫或护具领域中。

经编间隔织物/硅橡胶柔性复合材料制备及性能研究

文章选用了5种经编间隔织物作为柔性缓冲材料的骨架,将硅橡胶作为填充料与经编间隔织物进行复合,制备具有不同填充率的柔性缓冲材料。从微观结构观察不同填充率的柔性缓冲材料中硅橡胶分布情况,并研究其静态压缩和动态冲击性能。结果表明,随着填充率的提高,柔性缓冲材料缓弹性减弱,硬度增加,承受的最大压缩载荷增强,当压缩率50%时,其压缩载荷最高可达织物的72倍。经过回归分析,可以探究结构参数对柔性缓冲材料冲击性能之间的关系和不同填充率的柔性缓冲材料所能承受最大压缩载荷量的关系。因此,填充率对柔性缓冲材料的缓冲能力有显著影响,较小的填充率能改善经编间隔织物的缓冲性能和力学性能,提高了缓压和抗冲击的能力,有利于其在防具和保护器具等领域中的应用。

锦/氨高弹针织物汽蒸定形工艺的研究

利用正交试验探讨锦/氨高弹针织物汽蒸定形工艺中温度、时间和蒸汽压力三个因素对织物弹性回复率、尺寸稳定性及触感的影响,得出较优工艺参数,为脑卒中患肢用康复手套的定形提供科学合理的工艺选择。

手臂监测传感器的设计与验证

文章将人体手臂分为3个区域测试不同角度下每个区域的伸长率,确定了手臂皮肤伸长变化规律最显著的区域为II,理想状态下假设服装伸长与皮肤伸长同步,所以选择在第II区域即肘关节处设计传感器。制备了6种不同组织结构,不同横列数和相同纵行数的导电织物,测试了6种织物在纵向拉伸条件下的电阻变化,得到了导电织物的电阻随应变的变化规律,分析了组织结构和横列数不同对导电织物应变-电阻传感性能的影响,结果表明:导电织物选择采用横列数250纵行数80的2+2假罗纹结构,其线性拟合度和灵敏度最好。通过手臂弯曲实验验证了该针织柔性传感器及其测试系统的可行性。

针织物基石墨烯/MnO2柔性复合电极材料的制备及性能

采用电沉积法分别制备了针织物基底负载MnO(2二氧化锰)和负载石墨烯(GN)/MnO2复合电极。采用扫描电镜对其微观结构进行表征,用X射线和红外光谱分析其成分,用电化学工作站对电化学性能和耐弯曲折叠性能进行测试分析。结果表明,针织物基底负载石墨烯/MnO2制备的复合电极材料的电化学能比单一负载MnO2更好,比电容得到有效提高,达到928.6 F/g,能量密度为0.52 W·h/kg,功率密度为1677 W/kg,经过1000次反复弯曲折叠,比电容保持率达到89%以上。