嵌入银纳米线的织物型应变传感器的制备与性能

利用共轭静电纺丝技术一步制得嵌入银纳米线(AgNWs)的可拉伸纳米纤维包芯纱。将两根包芯纱十字交叉放置，在接触点处构建形成织物型应变传感器。结果表明：可拉伸的同轴包芯纱结构和嵌入AgNWs导电网络的弹性多孔纳米纤维传感结构使制备的织物型传感器具有高应变灵敏度，灵敏度系数为34.5～934.0,具有较大的应变传感范围(130%)和良好的循环稳定性，并可贴附在人体关节处用于运动监测。     

棉/不锈钢丝包芯纱针织电路制备及其导电稳定性能

为提高金属丝作为电路用导线的柔性及导电稳定性,将赛络纺技术与针织技术结合,制备了基于针织结构的柔性电路。通过探究不同纺纱参数及针织工艺的影响,对纱线强度、包覆性、柔性针织电路的电学与力学性能及导电稳定性进行了表征和分析。结果表明：以不锈钢丝为导电芯层、棉为绝缘外层制成的导电包芯纱,纱线强力与纱线细度呈正相关,强力相较于裸不锈钢丝可提升2倍,且编织性能优异;在针织电路中添加弹性锦纶/氨纶包覆纱以增强其在二维及三维平面的弹性回复性,证明所制备的针织电路均具有良好的导电稳定性;当三维曲面平均应变达到150%时,针织电路电阻变化率低于0.38%,且在20%应变下纵向循环拉伸5 000个周期,电阻变化率低于0.61%。通过导电包芯纱所制备的柔性针织电路可同时具备良好的拉伸回复性及导电稳定性,为全柔性智能可穿戴传感网络的建立提供了新思路。     

弹性导电纱线纬编柔性传感器的性能

为了研究弹性导电纱线制备的柔性应变传感器的纵向拉伸电学性能,采用弹性导电纱线和涤纶纱线,经电脑横机织造了3种组织的传感器。通过重复拉伸试验,测试传感器在纵向拉伸下的电阻变化、灵敏度、线性度、重复性和滞后性,分析了弹性导电纱线对柔性应变传感器性能的影响。试验结果表明：相较于非弹性导电纱线织造的传感器,弹性导电纱线的电阻变化率、灵敏度、线性度、重复性提升,滞后性下降。     

镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱电容传感器的构筑

为获得线形螺旋结构且具有良好传感性能的大应变柔性应变-电容传感器，采用水浴静电纺丝法以镀银聚酰胺6为芯纱，制备了镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱，并将其缠绕在橡筋上制备应变-电容式柔性传感器。对纳米纤维包芯纱的结构与力学性能进行表征与测试，分析了应变-电容传感器的传感性能，并探索了其在人体运动监测中的应用。结果表明：聚酰胺6纳米纤维在镀银聚酰胺6表面形成结构完整的包覆层，直径分布主要在80～100 nm范围内，平均直径为95.53 nm;相较于芯纱，纳米纤维包芯纱的力学性能基本保持不变；制备的柔性传感器表现出良好的应变-电容传感性能，在6.67%的应变下敏感因子可达3.93,并具有良好的重复性，该传感器可用于人体运动的实时监测。     

经编导电针织物的应变-电阻传感性能

为探讨经编导电织物的应变-电阻传感性能,将镀银锦纶与氨纶或涤纶在特里科经编机上采用两梳交织,制备了具有不同组织结构的4种经编导电织物,测试了4种织物在拉伸条件下的电阻变化,得到经编导电织物的电阻随应变的变化规律,分析了组织结构以及氨纶弹性对经编针织柔性导电织物的应变-电阻传感性能的影响。结果表明:所选镀银锦纶导电纤维具有良好的可编织性;非弹性经编导电织物的电阻随应变的增加呈现先减小,再趋于平稳,最后略有上升的趋势;非弹性经编导电织物随着镀银纱线延展线长度的增加,造成小应变下的灵敏度增加;弹性经编导电织物呈现出电阻随应变的增加先增加再减少最终趋于平稳的趋势。     

氨纶与双组分复合长丝/棉包芯纱的拉伸弹性

为改善传统弹力包芯纱弹性回复性能,以氨纶、双组分复合长丝(CM800)为芯纱,棉纤维为外包纤维,设计了13种弹力包芯纱。探讨氨纶预牵伸倍数、芯纱线密度和弹力包芯纱反复拉伸次数与弹性回复率之间的关系。采用纱线强伸仪测试氨纶/棉、CM800/棉和棉双丝弹力包芯纱的拉伸弹性。结果表明:氨纶的牵伸倍数越大,弹力包芯纱的弹性回复率越小;随着氨纶线密度的增加,包芯纱的弹性回复率先增加后减少;CM800线密度越小,包芯纱的弹性回复率越小;氨纶/棉、CM800/棉和棉双丝弹力包芯纱的定伸长5%和定负荷200 c N反复拉伸次数与纱线弹性回复率的关系均符合幂函数关系,且弹力包芯纱的弹性回复率随着纱线反复拉伸次数的增加而降低;CM800/棉包芯纱的弹性回复率最大,氨纶/棉包芯纱的弹性回复率最小。     

碳纳米管/还原氧化石墨烯/聚氨酯电热变色传感纱线的制备及其性能

为了解决柔性应变传感器灵敏度较差、应变范围较窄、牢度不高等问题,设计了一种以聚氨酯细丝为芯,以碳纳米管和还原氧化石墨烯构成的三维导电网络为鞘的应变传感纱线,并采用热致变色油墨为保护层,使应变传感纱线兼具变色功能。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对传感纱线形貌与结构进行表征,并使用电子万能测试机和万能拉力试验机测试了柔性应变传感器的传感性能和稳定性能。结果表明：碳纳米管穿插于还原氧化石墨烯片层间,形成了导电性能良好的三维导电网络;变色传感纱线灵敏度最高达32.31,应变范围可达100%,可用于人体微小运动检测;在4 V的低电压下即可迅速升温至60℃,能够实现主动变色的附加功能,为发展变色响应快、颜色可调控、使用稳定性高的热致变色材料和传感材料提供新的设计思路,推动碳纳米材料在柔性可穿戴领域的应用。     

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。     

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1 000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。     

石墨烯高弹性应变传感器的制备及性能研究

探讨石墨烯应用于柔性应变传感器的效果。将石墨烯水性聚氨酯混合导电涂料涂覆于氨纶丝上,制备出一种具有褶皱微层结构的柔性可拉伸应变传感器,分析了所制得传感器的强伸性能、灵敏度、相应时间和耐久性,并将其应用于大形变和小形变的检测。测试结果表明:该传感器可逆应变范围0～200%、灵敏度152.4、响应时间60 ms,经历1 200次拉伸释放后的相对电阻变化率仅为12%;且能够实时监测人体运动。认为:石墨烯柔性应变传感器可逆应变范围宽、灵敏度高、响应时间短、耐久性良好,适用于人体运动的实时监测。     

SBS/CNTs弹性导电复合纤维的制备与性能

为了制备具有较好拉伸性的应变传感器，以聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体(SBS)为基体，碳纳米管(CNTs)为导电填料，通过湿法纺丝制备了SBS/CNTs弹性导电复合纤维，研究了两种不同长径比CNTs配比对SBS/CNTs弹性导电复合纤维微观形貌、力学性能、导电性和拉伸-电阻响应行为的影响规律。结果表明：SBS/CNTs弹性导电复合纤维截面呈碗豆状，靠近纤维中心位置出现多孔结构；长CNTs(10～30μm)与短CNTs(0.5～2.0μm)的比例为4∶1时，SBS/CNTs弹性导电复合纤维的电导率最高(0.04065 S/m),基于此纤维的应变传感器的最大可感应应变为70.2%。基于SBS/CNTs弹性导电复合纤维的应变传感器可以用于膝盖、手腕、手指、肘部等人体不同部位的活动监测。     

柔性可穿戴氨纶/聚苯胺/聚氨酯复合材料的应变传感性能

为制备得到电导率高且稳定性好的应变传感器,采用原位聚合法制备了氨纶/聚苯胺复合导电纤维并分析了其结构与性能;以复合导电纤维和水溶性聚氨酯为原料,制备了氨纶/聚苯胺/聚氨酯复合材料,研究了其在不同拉伸状态下的应变传感性能。结果表明:氨纶纤维表面形成一层致密的聚苯胺导电层,其电导率达到0.626 S/cm;氨纶/聚苯胺复合导电纤维的往复拉伸可造成纤维表面聚苯胺导电层的破坏,影响其应变传感性能的重复性;聚氨酯的保护提高了氨纶/聚苯胺/聚氨酯复合材料应变传感性能的重复性,在100%应变条件下,经10次拉伸和拉伸-回复后,复合材料的电阻值与初始值的比值较氨纶/聚苯胺复合导电纤维分别下降约66.7%和50.0%。     

聚多巴胺修饰还原氧化石墨烯/聚吡咯导电织物的制备及其传感响应特性

为改善导电织物导电层与织物间的界面黏附性,构建有效接触的导电网络,提升传感响应特性,采用聚多巴胺(PDA)对涤纶/氨纶针织物表面进行修饰,制备以还原氧化石墨烯(RGO)和聚吡咯(PPy)为导电层的柔性传感器。借助傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、自制KTC传感测试盒、四探针方阻测试仪、万能拉伸试验机等对导电织物进行表征与分析。结果表明：经PDA修饰后的织物与RGO/PPy间的界面黏附性有明显改善,所构建导电网络更为连续,相较于未修饰的导电织物具有更好的耐久性和耐磨性;该织物柔性传感器的拉伸范围在0%～130%之间时,灵敏度增加至39.1,响应时间为0.06 s,可准确识别人体关节运动。     

石墨烯/微球导电纳米纤维传感纱线的制备及性能北大核心

为制备高灵敏的柔性纱线型压力传感器,利用共轭静电纺纱和静电喷雾技术一步制备出嵌入氧化石墨烯(GO)片和聚苯乙烯(PS)微球的纳米纤维传感纱线,进一步结合化学还原工艺得到石墨烯/微球导电纳米纤维传感纱线,并组装成纱线型压力传感器。试验表征了传感纱线的形貌、力学性能和导电性能,并测试了传感器的压力传感性能和应用性能。结果表明:该传感器具有良好的柔性和可拉伸性,在0.01~0.05 N、0.05~0.50 N和0.50~2.00 N三个压力范围内的灵敏度分别为32.51 N^(-1)、16.485 N^(-1)和2.712 N^(-1),具有良好的压力响应循环稳定性和可靠性,可应用于监测呼气、手指运动等信号和摩斯电码,在智能纺织品、健康监测、人工智能等领域具有广阔的应用前景。     

经编导电织物弹性对传感性能的影响

为探讨经编导电织物弹性与传感性能的关系,将镀银基锦纶纱线作为导电纱线分别与氨纶包覆纱线和氨纶裸丝在特里科经编机上交织,制备了具有不同弹性的3种经编导电织物。测试了3种织物在一定拉伸范围内的应力大小与电阻变化,并根据实验数据计算出弹性性能和静态评价指标,得出弹性与传感性能的关系。结果表明:弹性导电织物的电阻随应变呈线性变化,原料越粗则电阻变化的速度越快;弹性模量随着织物弹力的增大而减小,弹性伸长与织物弹力的大小成正相关;在中小应变范围内,弹性模量越低、弹性伸长越大的导电织物传感性能越优。     

超高分子量聚乙烯/聚苯胺导电针织物的应变传感性能

为制备超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纱线,以超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE）长丝纱为基材,对其进行常压等离子体预处理后采用基于原位聚合的纱线连续导电处理方法制备了超高分子量聚乙烯/聚苯胺（UHMWPE/PANI）复合导电纱线。利用制得的复合导电纱线制备了圆筒状纬平针织物作为应变传感器,进行了传感织物的应变-电阻传感性能研究。研究结果表明：导电针织物表现出明显的应变-电阻传感性能,其电阻随应变的增大先增大,至一定值后随着应变的增大而减小。传感织物具有较高的敏感度,在应变小于20%时,其传感因子可达30以上。多次拉伸时,传感织物的传感重复性逐渐提高,拉伸3次以后,传感织物表现出良好的传感重复性。     

聚苯胺涂层经编织物的应变传感性能及其在呼吸监测中的应用

为制备呼吸监测智能服装用针织结构柔性传感器,首先通过等离子体对双经平结构的涤纶经编织物进行预处理,然后利用原位聚合法进行导电处理,分析了导电经编织物的微观结构与导电性能、应变-电阻传感性能,并探讨了其在呼吸监测智能内衣中的应用。结果表明：原位聚合法导电处理可赋予涤纶经编织物良好的导电性能,织物的电阻率较未处理时降低了约11个数量级;导电经编织物具有良好的应变-电阻传感性能,往复拉伸后电阻变化保持稳定,在6%和10%的应变条件下,其敏感因子分别为6和4左右;导电经编织物传感器具备良好的人体呼吸监测能力,不仅能记录呼吸的发生,还可监测呼吸的频率及强度。     

资讯·前沿

<正>高性能弹性导电纤维实现连续可控制备据报道，香港理工大学教授郑子剑、助理教授黄琪瑶和之江实验室研究员马志军等提出一种基于多材料热拉丝技术的可拉伸导电纤维连续制备方法。通过该方法制备的纤维具有超弹性（断裂应变>1500%）、高电导率（>4000 S/cm）和高稳定性（60%应变反复拉伸1万次保持良好导电性）。该可拉伸导电纤维基体材料为商用丁苯橡胶（SBS），银纳米颗粒分布在纤维表面和基体内部，实现导电性能。根据构成特点，研究人员将其命名为Ag-SBS。     

棉/双组分短纤混纺织物的弹性性能测试分析

为探明PTT／PET双组分短纤与棉混纺织物的弹性性能,对其拉伸性能、定伸长和定负荷反复拉伸弹性回复性能、折皱回复性能分别进行了测试分析。结果表明,在定伸长和定负荷反复拉伸条件下,棉／双组分短纤混纺织物的弹性回复性能优良,弹性回复率接近于棉氨包芯纱织物和棉／XLA包芯纱织物;其折皱回复性能良好,优于棉氨包芯纱织物,与棉／XLA包芯纱织物相近。     

金属长丝复合导电纱的纺制与性能

为了探讨金属长丝在纺织上的应用，选用铜镁合金长丝、金属铜长丝与不锈钢长丝，利用赛络菲尔和赛络纺工艺制备金属长丝复合导电纱，对比测试了不同产品的力学性能和电热性能。对照FZ/T 12071—2021《导电纱线》产品标准，复合导电纱的断裂强度达到相应技术要求，导电性能达到A类产品要求。结果表明：金属长丝复合导电纱具有优良的定伸长循环拉伸、定负荷循环拉伸性能；金属铜长丝、铜镁合金长丝较不锈钢长丝具有更为优良的电热性能。通过复合纱的设计和纺制，金属长丝导电纱力学性能达标、电热性能优良，可以用于开发功能纺织产品。