棉织物/聚二甲基硅氧烷复合介电层柔性压力传感器制备

针对织物基柔性压力传感器制备过程中存在工艺复杂、成本高等问题,提出在平纹棉织物上下表面贴附等宽叉指形铜箔,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装织物及铜箔电极,制得织物基电容式柔性压力传感器的方法,对传感器阵列单元截面微观形貌进行观察并对传感器性能进行测试.结果表明,传感器具有PDMS包覆织物纤维特殊微结构复合介电层;在...     

碳纳米管修饰3D纤维网基压力传感器的制备及性能

为改善纤维基传感器灵敏度低和响应范围窄等问题,提出了一种以3D纤维网为基材,采用超声辅助浸渍碳纳米管修饰纤维表面,构建出了3D纤维网络结构的压阻式压力传感器。介绍了3D纤维网传感器的制备过程,并对所制备的传感器形貌结构、力学传感性能及应用进行了测试与表征。结果表明：碳纳米管修饰3D纤维网的传感器灵敏度为3.53×10^-3kPa^-1,具有较好的线性度和较高的灵敏度;检测范围达到200 kPa;响应时间和回复时间分别为153 ms和226 ms;经过2 000次循环施加压力测试表现出较好的稳定性和耐久性。该传感器能够用于监测人体的运动,如手指弯曲、手腕弯曲、手指点击和脚跟压力等,在可穿戴电子织物领域具有广阔的应用前景。     

静电纺碳纳米管电阻式柔性湿度传感器的制备及其性能

为制备灵敏度高的柔性湿度传感器,以更适合可穿戴使用场景,提出以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为柔性衬底,在其上制作叉指电极,然后以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和多壁碳纳米管(MWCNTs)为原料制备溶液,通过静电纺丝技术将MWCNTs/PVP沉积在柔性PET衬底上制成柔性湿度传感器.借助扫描电子显微镜对薄膜的微观结构进行表...     

聚吡咯/碳纳米管/棉纱复合柔性超级电容器电极制备

采用浸泡-干燥和化学原位聚合的方法制备了聚吡咯/碳纳米管/棉纱(PPy/MWCNTs/CY)复合电极材料。探究了浸泡次数以及化学原位聚合掺杂剂浓度对电极电化学性能的影响。采用Phenom台式扫描电镜、冷场发射扫描电子显微镜、CHI660E电化学工作站和傅里叶红外光谱仪对电极的表观形貌、物质结构和组成进行了分析。研究结果表明:当MWCNTs浸泡次数为3次,对甲苯磺酸浓度为0.5 mol/L时,电极的比电容最大,为214 F/g(241.3 m F/cm),优于在棉纱上直接原位聚合聚吡咯的比电容。当恒电流充放电电流为3 m A时,PPy/MWCNTs/CY的放电时间大于PPy/CY的放电时间,此外PPy包覆的均匀性得到提高。     

聚偏氟乙烯/FeCl3复合纤维膜柔性传感器的制备及其性能

为制备灵敏度高的柔性传感器,将六水合三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)加入聚偏氟乙烯(PVDF)中,采用静电纺丝法制备PVDF/FeCl₃复合纤维膜并组装成传感器。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、接触角分析仪等对纤维膜的形貌、结构、润湿性、力学性能及压电性能进行表征。结果表明:适量的FeCl₃·6H₂O 添加可增加纤维膜中β晶型的相对含量,进而有效提高传感器的压电输出性能,但过多FeCl₃·6H₂O会抑制β晶型的形成;当FeCl₃·6H₂O质量分数为0.5%时,纤维晶体结构中β晶型的比例达到最大值68.74%,最高输出电压达到约5 V;传感器对激振过程的反应时间可达0.025 s,且在不同激振频率下的响应时间基本一致,动态高频时具有较高的压电输出。     

压阻式传感器用于服装压力测试的电路设计

文章介绍了压阻式传感器的工作原理及其优越性能,结合高性能的放大及补偿电路进行了服装压力测试的电路设计。该服装压力测试方法为服装压力舒适性的客观评定提供了依据。     

碳纳米管/聚偏氟乙烯纳米纤维膜的制备及其压电性能

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能,采用静电纺丝法将碳纳米管(CNTs)引入到PVDF纳米纤维膜中制备CNTs/PVDF纳米纤维膜,并组装成三明治结构的柔性压电传感器,探究CNTs质量分数对CNTs/PVDF纳米纤维膜压电性能的影响.借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、万能试验机以及数字示波器对...     

基于碳纳米管的可穿戴柔性传感器研究进展

天津工业大学纺织科学与工程学院;智能可穿戴电子纺织品研究所; 摘要:碳纳米管具有优异的电化学性能和生物相容性,基于碳纳米管材料的柔性传感器具有灵敏度高、成本低和兼容性良好等独特优势,在诸多领域得到广泛应用。首先阐述碳纳米管的性能及分类,然后综述几类基于碳纳米管的典型柔性传感器的研究进展,包括柔性压力传感器、柔性应变传感器、柔性温度传感器、柔性湿度传感器及其他柔性传感器等,详细介绍他们的传感原理、制备方法和传感性能。最后指出柔性传感器目前存在的问题,并对其发展前景进行展望。     

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。     

纳米纤维膜基柔性压力传感器的优化设计制备

为获得一种灵敏度高、制备工艺简单、轻薄透气的柔性压力传感器,采用静电纺丝热塑性弹性体聚氨酯(TPU)纳米纤维膜为基底和介电层,以碳纳米管导电油墨为电极涂料,通过超声波焊接方式制备三明治结构的纳米纤维膜基柔性压力传感器,并研究其压力传感性能与纳米纤维膜厚度和微观结构之间的关系。结果表明:随着纺丝时间增加,TPU纳米纤维膜厚度增加,拉伸应力增大,断裂伸长率减小;在9.8~49 000 Pa压力范围内,TPU纳米纤维膜基柔性压力传感器灵敏度随纺丝时间增加而减小,当纺丝时间为1 h时,其灵敏度高达4.97 kPa^-1,该纳米纤维膜基柔性压力传感器具有灵敏度高、响应范围广的特点。     

涤纶/碳纳米管柔性发热丝的制备及其性能

针对现有发热丝柔性差、不耐水洗等问题,提出在涤纶纱线表面均匀涂覆碳纳米管的柔性发热丝制备方 法。依据柔性发热丝制备工艺要求,设计了可在纱线表面均匀涂覆碳纳米管的实验系统。利用该系统在涤纶纱线 表面进行均匀涂覆碳纳米管实验研究,并对所制备的发热丝进行电阻测量、微观形貌观察及发热性能测试。结果 表明：采用这个实验系统可实现柔性发热丝的制备;长度为15 cm的发热丝平均电阻率为24.895 Ω·cm,标准偏差 为0.473 Ω·cm;微观形貌照片显示涤纶纱线表面均匀涂覆了一层网状结构碳纳米管材料;在施加36 v 电压下构建 的并联网状结构表面4 min内可获得50.3 ℃的加热温度。     

蚕丝基柔性压力传感器的制备及其性能研究

蚕丝具有优异的生物相容性、可降解性和易加工性等,是应用于柔性电子领域的理想柔性基底材料。本文通过气液界面聚合法,在蚕丝织物、平板丝和静电纺丝素膜三种蚕丝材料表面实现聚苯胺的原位生长,成功制备出以聚苯胺为活性导电介质的柔性基材,并将其组装成柔性压阻式压力传感器,这为开发高性能、安全可靠和轻质便携的可穿戴电子产品提供新的方法和途径。结果表明：三种蚕丝基柔性压力传感器中,蚕丝织物/聚苯胺传感器具有最大的压力检测范围(16.27～504.79 kPa),拉伸变形可达20%,灵敏度仅为0.001 29 kPa^-1;静电纺丝素膜/聚苯胺传感器灵敏度最高(0.013 76 kPa^-1),但拉伸变形能力差,仅可拉伸2.3%;平板丝/聚苯胺传感器压力检测灵敏度略高于蚕丝织物/聚苯胺传感器,达到0.00134 kPa^-1,线性检测范围为9.8～87.6 kPa。本文研究开发的蚕丝基柔性压力传感器在运动检测领域具有较好的应用前景。     

应用D2027型柔性压力传感器的运动服装设计

为了满足人们日益增长的运动需求和适应服装智能化发展大环境,通过查阅文献,总结运动过程中身体易损伤部位,在紧身运动服相应部位置入柔性压力传感器,运用特定电路、无线通信技术和数据处理系统将人体与服装之间的压力变化转化为在终端显示设备中的数据,结合服装结构设计和面料选取进行了整体设计.研发了既满足身体舒适性要求又可以达到运动...     

导电复合纤维基柔性应变传感器的研究进展

为促进导电复合纤维在柔性应变传感器领域的应用,从导电材料和柔性基体的结合方式出发,对传感器的制备方法进行综述分析,其制备方法主要分为3类,包括导电材料/柔性基体匀质复合纤维、导电材料包覆柔性纤维和柔性基体包覆导电纤维.在此基础上,对3类导电复合纤维传感器的性能进行比较分析,总结了各导电网络的传感性能.分析发现纤维的形变...     

基于柔性传感器的无缝内衣任意围度压力研究

基于人体体形分析,建立纬编无缝内衣任意围度的椭圆形力学模型,分析人体任意围度上任意点的曲率半径,并以Laplace方程为基础建立服装压力模型。依据弹性面料在人体任意围度上的拉伸形变,分析服装压力对人体任意围度上各点的影响。研究得出,服装压随人体曲率的增加而增大,人体两侧受到的服装压力最大,胸部(或腹部)及背部中心所受服装压力最小。并设计一种纬编针织物柔性传感器,将导电镀银锦纶纱以局部添纱形式织入弹性无缝内衣中作为柔性传感器,探索人体穿着前后其电阻值的变化与人体所受服装压力的关系。该研究为无缝内衣压力舒适性及放松量的研究提供了参考依据。     

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。     

离子凝胶-织物基柔性压力传感器制备与应用

研制一种可以稳定响应的基于Ionogel-Textile（离子凝胶-织物）的可穿戴压力传感器。通过离子凝胶预聚液浸渍聚合,将传统棉织物转化为导电压阻复合材料,织物充当离子凝胶层的韧性支撑基体,补充脆性硅网络的压阻作用。该离子凝胶-织物复合材料具有灵敏的传感响应性和耐久性,在监测人体不同关节运动状态时,能连续输出稳定的电信号。此外,通过浸渍聚合的方法可以将所选区域朝向服装中特定接缝位置制作成压阻装置。这种离子凝胶-织物传感器为可穿戴压力传感设备提供一种潜在研究思路,有望推进柔性压力传感器向新兴的多样化技术辅助智能系统迈进。     

热诱导熔接聚氨酯/聚二甲基硅氧烷防水透湿膜的制备及其性能优化

为提高纳米纤维膜的防水、透湿和力学性能,在聚氨酯(PU)纺丝液中添加无氟疏水剂聚二甲基硅氧烷(PDMS),采用静电纺丝法制备静电纺PU/PDMS防水透湿膜,并在此基材上采用静电喷雾法沉积PU/PDMS微球制备静电喷雾PU/PDMS防水透湿膜;利用热诱导工艺分别对静电纺PU/PDMS和静电喷雾PU/PDMS防水透湿膜进行热处理改性,研究了热处理温度和时间对其形貌、孔径分布、防水性能、透气透湿性能及力学性能的影响,并对其影响机制进行分析。结果表明：静电喷雾PU/PDMS防水透湿膜的防水透湿性能优于静电纺PU/PDMS防水透湿膜,但经热处理后由于膜内部产生更多粘连,导致孔隙率降低,防水透湿性能出现下降;热处理后静电纺PU/PDMS防水透湿膜的孔径大大降低,并使其串珠结构向蛛网结构转化,防水性能和力学性能显著提升,当加热温度为100℃,加热时间为90 min时,其水接触角达到144.7°,透湿率为5 666.7 g/(m²·d),透气率为9.91 mm/s,断裂强度为17.9 MPa,断裂伸长率为210.7%。     

基于柔性薄膜传感器的服装压力检测仪研制

为增大服装压力检测装置中传感器与人体贴合的顺应性,进而提高服装压力测量的精确度,提出了使用柔性薄膜传感器进行服装压力测量的方法。以聚氯乙烯作为柔性基体,包覆导电纤维制成柔性传感器,将传感器连通缓冲气室,与气泵、排气阀构成气动回路,实现服装压力与气室压力的转换;基于开发的柔性传感器,选用可编程逻辑控制器作为主控单元,研制了一款可触屏操作和存储、打印数据的服装压力检测仪;完成系统标定后通过重复性实验,验证了检测仪的测量精度和可行性,6次测量结果最大标准偏差为0.088 5。研究认为,该检测仪可准确完成多点服装压力的实时测量,适用于压力服装的出厂压力检测,也为服装压力检测方法的研究、控制元件选择等提供新思路。     

高灵敏超压缩生物基炭化材料柔性压力传感器的制备及其性能

为获得灵敏度高、响应范围广和环境友好的柔性力学传感器,以巴尔杉木为基材,采用自上而下的炭化木材技术,制备了聚氨酯/炭化木气凝胶复合导电材料,并利用聚氨酯浸泡处理方法提高炭化材料的压缩性和回弹性.使用扫描电子显微镜等仪器表征了炭化前后木气凝胶的表观结构、热稳定性、力电学性能及其柔性压力传感器的传感性能.结果 表明,炭化木...