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。     

智能服装用银纳米线柔性传感器的研究进展

阐述柔性传感器导电部分银纳米线的制作方法,主要包括多元醇法、热溶剂法、紫外线辐照法、光还原技术、电沉积工艺、DNA模板法、多孔材料模板法和湿化学法,并介绍银纳米线在导电聚合物中的应用。阐述柔性传感器的特性和研究现状,以及柔性传感器在智能服装中的实际应用,指出柔性应变传感器可将人体各部位的运动信号转换为电信号输出,进而再对信号进行处理,在可穿戴式保健系统和人机交互中有很大的应用潜力。该研究对柔性传感器的开发有一定的指导意义。     

银纳米线导电纺织品制备及应用研究进展

银纳米线具有优异的长径比、导电、透光、柔性、抗菌等特性,是制备导电纺织品最有前途的纳米材料之一。介绍银纳米线导电纺织品的常用制备方法,即共混纺丝法、后整理法,综述银纳米线导电纺织品在空气过滤、饮用水过滤、电磁屏蔽、个人热管理、柔性压力传感器等领域的应用进展。最后对银纳米线导电纺织品的未来发展趋势进行展望,为下一代智能纺织品的研发提供思路。     

轻薄型取向碳纳米纤维膜的应变传感性能

为实现对人体运动及生理信息的监测,利用静电纺丝法制备轻薄型取向碳纳米纤维膜(CNFM),并以此开发柔性应变传感器。重点分析了碳纳米纤维膜的结构及性能,讨论了CNFM的厚度、宽度及碳纳米纤维(CNF)的取向对传感性能的影响。结果表明:聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维的取向度及CNFM的透光率可分别达到61.3%和48%;当牵伸方向平行于CNF的取向时,传感器的应变范围随CNF取向度的增加先减小后增大,随CNFM厚度及宽度的增加逐渐增加;当牵伸方向垂直于CNF的取向方向时,传感器的应变范围显著提高,但其敏感系数降低。该超薄透明型柔性应变传感器可贴附于皮肤表面,检测人体关节及心率、声带振动等运动与生理信息,也可应用于智能服装及微小形变监测等领域。     

银纳米线改性棉织物的制备及其性能

为提高棉织物附加值并改善其对改性成分的吸附性,首先利用高碘酸钠氧化处理以增加棉纤维的粘结性,然后采用一步多元醇还原法,在160℃条件下制备银纳米线(AgNWs)并分散到无水乙醇中,以棉织物为基底,采用浸渍—烘干法将AgNWs整理到棉织物表面.对AgNWs的形貌、长度、直径及结晶结构进行了测试与表征,并分析了整理后棉织物...     

嵌入三维编织复合材料的碳纳米线应变传感特性

为实现三维编织复合材料的原位结构健康监测,研制了嵌入碳纳米线的三维五向编织复合材料预制件,建立了基于三维编织复合材料试件的碳纳米线应变传感实验系统,分析了嵌入三维编织复合材料中的碳纳米线应变传感特性。结果表明：在单调拉伸和循环加载卸载过程中,嵌入三维编织复合材料的碳纳米线传感器电阻变化与试件应变的线性相关性较高;在较大载荷循环加载卸载后,碳纳米线传感器产生的残余电阻可用于检测试件的损伤或累积损伤;引入电阻应变相关系数建立了电阻变化净差值与机械应变净差值的应变传感方程,可实现基于碳纳米线传感器的三维编织复合材料原位结构健康监测。     

高长径比银纳米线的制备及其应用

应用多元醇法制备银纳米线(AgNWs),分析影响银纳米线形貌的原因,并测试最佳条件下合成的AgNWs的外观形貌、化学结构、结晶性能,然后将AgNWs分散到无水乙醇中,对棉织物进行整理,最后采用浸渍-烘干法将AgNWs整理到已经过等离子体预处理的棉织物表面,对整理后的棉织物进行抗紫外性能、导电性、抗菌性能测试。结果表明：合成的最佳AgNWs最长可达127.54μm,平均76.72μm,长径比为1189;等离子体处理提高了棉织物对AgNWs的附着性能;AgNWs整理可使棉织物方块电阻低至5.67Ω/sq, AgNWs质量浓度为10 g/L时,UPF值可达65.9,能够满足抗紫外标准,同时整理的棉织物能够形成明显的抑菌圈,具有抗菌效果。实验制备的棉织物具有多功能特性,可作为功能性织物进一步开发应用。     

纬编导电织物多重性能及其制备的研究进展

为促进智能针织产品的设计与研发,文章系统归纳了纬编导电织物及其类别,综述了3种不同性能导电织物作用机理及应用进展,并对其制备要点进行探讨。电-力学性能织物对线圈结构依赖性极强,因其影响因素过多,无法形成统一的性能评判标准;湿度传感织物利用织物自身、湿敏材料或导电材料亲水性来实现电阻变化,因外力拉伸与湿度变化均能影响织物电阻,故制备时可增加复合层以防两者产生耦合效应;电热性能织物受导电材料、制备工艺及加载电压影响,可采用镀银纱线或聚吡咯进行制备且前者性能优于后者。进一步指出,加强高性能纤维材料研发、改善制备工艺、加快自供电技术应用,以及建立完善的安全测试标准是智能针织产品未来的发展方向。     

银纳米线涂层的编链结构纱线拉伸应变传感器

为制备柔性纱线拉伸应变传感器,将蚕丝加捻得到的蚕丝纱编织为闭口编链组织结构;通过多元醇还原硝酸银的方法制备银纳米线,在银纳米线的乙醇分散液中通过浸渍方法对基底纱线进行导电修饰,最终得到银纳米线涂层的编链组织拉伸应变传感器,研究了该组织结构拉伸应变传感器的应变-电阻传感性能。结果表明:编链组织结构的传感器具有显著的拉伸应变传感性能,该纱线传感器的电阻随着应变量的增加而减小;在拉伸应变小于5%的范围内,拉伸应变系数高达20.14;传感器在0.01~1.00 Hz 的拉伸频率范围内有稳定的响应,且传感器具有很好的循环稳定性。     

用高长径比银纳米线制备功能性复合涤纶织物及其性能

为制备一种功能性的复合涤纶织物,首先利用氧等离子体技术改性处理增加涤纶纤维的润湿性,然后采用溶液法制备银纳米线(AgNWs)并分散到无水乙醇中,通过浸渍-烘干工艺整理到涤纶(PET)织物表面,并采用热压工艺处理AgNWs/PET织物以提高AgNWs的吸附牢度。探讨不同银纳米线溶液质量浓度对AgNWs/PET性能的影响。结果表明:随着银纳米线质量浓度由1 mg/mL增加到4 mg/mL,AgNWs/PET织物的方块电阻由25.38 Ω/?减小至2.51 Ω/?,但耐洗性能较差;经等离子体改性处理后,AgNWs/PET织物的导电性能明显优于未处理织物;先经过氧等离子体处理再采用热压工艺处理,不仅能提高织物的导电性,且经过50次洗涤后,AgNWs/PET织物的方块电阻由0.67 Ω/?增加至0.83 Ω/?,仅增加了24.89%,耐洗性有较大改善。     

不锈钢纱线电热织物的制备及其性能

为开发新型主动发热式电热织物,以不锈钢纱线作为发热丝,采用在十字绣基布上刺绣发热丝的方法制备8种不同结构的电热元件,并确定其中发热性能最优的电路连接方式;以纬长10 cm、往复排列5纬、共50 cm为1个单元,并联4个单元(简称“并联5-4电路”),制备了8种电热机织织物,评价了织物层数、织物组织、不锈钢纱线线密度对织物表面温度的影响。结果表明：所设计的电路连接方式中,并联5-4电路发热性能最优;通电20 min时,不锈钢纱线线密度为283.4 tex的单层平纹、双层平纹、三层平纹电热织物中,双层平纹电热织物表面温度最高(56.2℃);不锈钢纱线线密度为471.0 tex的三层平纹、三层2上1下斜纹和三层3上1下斜纹电热织物中,三层3上1下斜纹织物表面温度最高(58.5℃);不锈钢纱线线密度为283.4、471.0、745.7 tex的3种单层平纹织物中,745.7 tex不锈钢纱线制得的电热织物表面温度最高(60.9℃),不锈钢纱线线密度越大,对应织物表面温度越高,说明设计的电热织物能够起到主动发热效果,可作为电热织物开发的重要参考依据。     

用于呼吸监测的光纤传感织物制备及其性能

为开发一种基于光纤侧发光感光机制监测人体呼吸的传感织物,将直径500μm的聚合物光纤为经纱织入织物,在光纤的侧面局部位置激光打标,形成发光和感光光纤。呼吸拉伸光纤的位移变化及感光光纤的光强改变,从而监测人体呼吸状态。研究了光纤打标距离、纬纱弹性、光纤间距和光纤根数对传感织物性能的影响,结果表明优化后传感织物的光强损耗度从13.14%提高到38.61%。在人体胸骨下方佩戴传感织物可以监测坐姿、站姿和行走下的平静呼吸信号,呼吸频率监测精度高(误差范围在1.2次/min内),与面罩式呼吸监测仪性能相当。该光纤传感织物的制备工艺简单,灵敏度较高,可穿戴呼吸设备的舒适性高,有望在智能纺织品领域实现产业化。     

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。     

喷气涡流纺金属丝包芯纱的制备及其结构与性能

为改善基于金属丝的织物导电线路的特性,采用了一种改进的喷气涡流纺纱方法,制备出面向织物导电线路的,以超细金属丝（直径50 μm）为芯丝的包芯纱,并对其结构与电学、力学性能进行了分析。所设计的喷气涡流纺纱装置可以250 m/min的纺纱速度实现对芯丝为超细金属丝的包芯纱的连续制备;制备的喷气涡流纺金属丝包芯纱结构从内到外依次为金属丝、平行无捻的芯纤维及包缠纤维;金属丝在包芯纱横截面中的位置分布以位于中心至距三分之一位置区间和距中心三分之一至三分之二位置区间类型为主;喷气涡流纺金属丝包芯纱的断裂强力比金属丝提高100%～200%,纤维的包缠形式与包缠量对包芯纱内部金属芯丝的电阻值变化率随伸长率的变化没有显著影响,表明喷气涡流纺金属丝包芯纱具有与原金属丝相接近的电学性能。     

PPy@PU纳米纤维膜的制备及其电磁屏蔽和应变传感性能

利用静电纺丝技术制备了聚氨酯(PU)纳米纤维膜材料,通过原位液相聚合在PU纳米纤维表面形成连续的聚吡咯(PPy)导电网络,构建了柔性PPy@PU纳米纤维导电膜材料,系统研究了聚合PPy前后PU纳米纤维形貌的变化、吡咯(Py)单体在纤维表面的最佳聚合条件以及PPy@PU纳米纤维膜的电磁屏蔽和应变传感性能。结果表明:PPy能够较好地聚合在PU纳米纤维表面,且当聚合时间为6 h、Py单体浓度为0.15 mol/L、膜厚为0.124 mm时,PPy@PU纳米纤维膜具有较好的柔性,电导率为722 S/m,在X波段(8.2～12.4 GHz)的电磁屏蔽效能为25.02 d B;同时在该条件下,PPy@PU纳米纤维膜具有优异的应变传感性能,在伸长率为50%时,电阻变化率为94.6%,最大拉伸应变系数可达326.3。说明构建的PPy@PU纳米纤维膜材料可以应用于具有电磁屏蔽和应变传感功能的可穿戴电子设备领域。     

压力分布监测袜的制备及其传感性能

为探讨纬编针织柔性传感器的导电性能及其应用,以不锈钢颗粒质量分数为20%的粘胶导电纤维与锦纶,通过纬平针一体成型工艺,制备了含有3块压力传感模块及3条针织导线的一体成型压力分布监测袜。采用自行搭建的应力及电阻同步记录仪测试了袜子面内压力传感部位的电阻变化,并研究了该压力传感部位的应力与电阻的关系及反复压缩电阻的稳定性和可靠性。结果表明:不同压力传感部位的应力与电阻呈反比例关系;在应力增加的情况下,该针织压力传感器的电阻和灵敏度值均减小;在不同的应力循环中,传感器具有良好的曲线特征;在35 kPa应力循环下,传感器表现出良好的稳定性和重复性。     

银纳米线改性聚偏氟乙烯静电纺膜的制备及性能研究

采用直接喷涂法和共混静电纺法制备银纳米线(AgNWs)改性聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺膜,比较2种方法对改性PVDF静电纺膜性能的影响。结果表明：AgNWs直接喷涂于纯PVDF静电纺膜表面得到的改性PVDF静电纺膜,抑菌性能优异,水接触角较小,纤维直径及膜的透气率、孔隙率、断裂强力、断裂伸长率、过滤效率、过滤阻力等较纯PVDF静电纺膜变化不明显。与直接喷涂法相比,共混静电纺法制备的改性PVDF膜中纤维直径更细,但因AgNWs包埋在纤维内部,故抗菌性能不及直接喷涂法制备的改性PVDF静电纺膜。为获得优异的抗菌性能,可选用直接喷涂法制备AgNWs改性PVDF静电纺膜。     

温敏变色型电热织物的制备与性能

为开发温敏变色型电热织物,以温敏变色纱/不锈钢纤维导电纱做纬纱,采用3种不锈钢纱嵌织方式分别制备平纹、斜纹和缎纹梭织物,测试织物的电阻及电热性能。实验结果表明：织物的电阻为平纹>斜纹>缎纹。在电压值和加热时间相同时,平纹织物表面平衡温度最低,缎纹织物温度最高;在织物组织相同时,纬纱中不锈钢导电纱占比越大,织物升温速度越快。纬纱为全不锈钢纱的缎纹织物在电压5 V、通电6 min时,温度达到72.8℃;纬纱为嵌织2根不锈钢纱间隔2根温敏变色纱的缎纹织物在电压5 V、通电6 min时,温度可达到50.4℃,也具有较好的电加热效果。温敏变色型电热织物的颜色随温度升高而发生变化,具有温度指示功能。     

基于聚多巴胺修饰的聚吡咯导电织物制备与应变传感性能

为改善聚吡咯(PPy)导电层与织物基底的结合牢度,提高应变传感器的稳定性,以聚多巴胺为粘合剂,采用原位聚合法制备聚吡咯/聚多巴胺(PPy/PDA)导电涤纶/氨纶织物,探究PPy/PDA导电涤纶/氨纶织物的导电性能和应变传感性能。用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱分析其表面形貌与结构,采用实验室自制的KTC传感器测试盒,测试其灵敏度和稳定性。结果表明,与PPy导电涤纶/氨纶织物相比,PPy/PDA导电涤纶/氨纶织物表面导电层更均匀,导电填料与基底的结合牢度更高,制得的传感元件灵敏度高,在500次重复应变后的稳定性更好,可应用于人体运动检测和康复训练等领域。     

钼酸银抗菌纸的制备及其抗菌性能

制备钼酸银抗菌纸,并对其抗菌性能进行研究。抗菌剂采用表面喷涂和浆内填加两种方式与纸浆纤维结合;选择大肠杆菌、黑曲霉菌、金黄色葡萄球菌三种代表性菌种检测其抗菌性能。研究结果表明:钼酸银抗菌纸对以上三种菌种均具有一定的抑制效果,对金黄色葡萄球菌的抗菌效果最为明显;随钼酸银浓度升高,抗菌效果增强;随时间延长,对霉菌抗菌效果减弱,但对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抗菌效果下降不明显。