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。     

多层结构柔性压力传感织物的设计与性能

智能可穿戴技术因其能够实时交互穿戴者与环境之间的信息而具有巨大发展潜力,在柔性可穿戴设备中,柔性压力传感器是用于压力检测的关键器件。使用导电材料MWCNTs与PEDOT:PSS制备3种不同的传感器敏感层,以镍铜织物作为传感器的上下电极,制备一种具有多层结构的柔性压阻式压力传感器,并对传感器性能进行测试。结果表明,PEDOT:PSS敏感层在0～5 kPa压强范围内,灵敏度高达0.168 12 kPa^-1,具有较快的响应时间与恢复时间,以及较好的可重复性。该传感器性能良好,可以应用在柔性可穿戴设备中。     

柔性电子织物的构筑及其压力传感性能

针对薄膜基、凝胶基柔性传感器的透气透湿性差、穿着舒适性低等问题,提出一种基于压阻效应的柔性电子织物制备策略,构筑以1+1罗纹导电织物电极层、MXene改性棉织物中间导电层为基础的结构模型,缝纫复合各功能层形成三明治结构柔性电子织物,研究其可穿戴舒适性能及传感性能,阐述其未来工业化生产的潜力。结果表明：全纺织基柔性电子织物在低压力范围(0～3 kPa)内的灵敏度约为0.409 5 kPa^-1,具有较好的线性度;2 g砝码可使其电阻变化率超过3%,具有较好的低压监测性能;响应时间小于50 ms,足以用于人体运动信号监测;在8 000次施压循环后仍保持稳定的电阻变化,表现出优异的耐久性;此外,兼有较佳的热湿舒适性,其透气率为270.49 mm/s,透湿率为3 420 g/(m²·24 h)。柔性电子织物对人体动态信号有优异的识别能力,在运动训练、医疗保健及军事防护等领域具有广阔的应用前景。     

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0～0.75、0.75～125及125～580 k Pa范围内,灵敏度分别为8.66×10^-3、0.94×10^-3和0.43×10^-3k Pa^-1,传感器最大可检测限达580 k Pa,最大迟滞约5.5%,具有良好的重复性及稳定性;对其柔性及触觉分析发现,该传感器可清晰识别并反馈弯折不同角度及手指间歇触压的过程。     

静电纺丝纳米纤维膜基光化学传感器的制备及其在重金属检测中的应用进展

化学传感器特别是光化学传感器已经被广泛研究,并应用于检测目标物如食品中的重金属。静电纺丝纳米纤维膜由于具有高比表面积、高孔隙率、可控性良好和易功能化等特点,可以被用来固定传感器以提高其灵敏度。本文主要综述静电纺丝纳米纤维膜基光化学传感器的制备及其在重金属离子检测中的应用进展。首先,简单介绍光化学传感器及静电纺丝纳米纤维膜基光化学传感器,随后根据其制备方法的差异分为高分子聚合物化学修饰法、高分子聚合物物理共混法、纳米纤维化学修饰方法和纳米纤维物理吸附方法4类,并分别综述其制备得到的静电纺丝纳米纤维膜基光化学传感器应用于重金属检测的进展,这4类方法各有优势,都具有较好的应用前景。本文将为静电纺丝纳米纤维膜基光化学传感器用于目标物的检测提供指导。     

蚕丝基葡萄糖传感器研究进展北大核心CSCD

葡萄糖传感器是糖尿病人监控血糖浓度的必备工具。基于柔性基底开发可用于实时监测的柔性葡萄糖传感器是近年来研究的热点,也是未来应用发展的重要方向。蚕丝具有优异的力学性能、生物相容性及生物可降解性,以蚕丝及蚕丝蛋白与导电活性物质复合开发的柔性葡萄糖传感器展现出优异的传感性能及出色的长期稳定性。本文通过对基于丝蛋白、丝纤维、蚕丝织物开发的蚕丝基葡萄糖传感器的研究进展进行综述,对比所开发的蚕丝基葡萄糖传感器的传感性能,分析其特点及作用机制,并展望蚕丝基葡萄糖传感器在柔性可穿戴传感器领域的发展前景。     

柔性力感知电子织物的制备及其人体运动监测系统构建

为开发步态失稳监测系统和压疮监测与预防床垫等老龄健康维护产品,研发了一种用于人体运动监测的柔性压阻式压力传感电子织物,2个电极层织物通过正交配置形成传感点阵,由石墨烯与离子液体改性处理的棉织物构成中间导电层。实验结果表明：该电子织物在0～5 kPa压力范围的传感灵敏度为0.15 kPa^-1,且呈现良好的线性关系,加载、卸载时具有快速响应时间(20、30 ms),经校准实验所得压力映射图呈现良好均匀性,传感性能可重复8 000次循环。将自主设计的上位机软件、下位机电路等集成智能电子织物压力分布监测系统,可达成对不同身体部位的压力大小及其分布情况的实时连续监测,未来可用于步态分析、压疮监测与预防床垫、人体运动特征等辨识。     

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。     

多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合压阻式柔性压力传感器的制备

为解决目前柔性压力传感器制备工艺复杂和透气性差的问题,课题组提出在棉织物表面贴附导电铜箔作为电极、结合氯化钠模板法和浸渍-干燥法制作多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合压阻层而制得压阻式柔性压力传感器的方法。课题组对传感器压阻层的表面微观形貌进行观察,并对传感器的性能进行了测试。结果表明：当碳纳米管溶液质量分数为1.5%时,制备的传感器的工作压力范围为0～30 kPa;在0～4 kPa和4～30 kPa压力范围时传感器灵敏度分别为546和2 Pa^-1;迟滞性约为5.7%,可检测约为60 Pa的压力。该传感器不仅具有良好的稳定性和重复性,而且可清晰识别手指触压、肘部弯曲及喉部吞咽信号,在运动监测等领域具有潜在应用前景。     

棉/Ti3C2导电纱制备及其电容式压力传感器的性能

为了探究类石墨烯二维结构材料(MXene)与天然纤维的结合效果,及其所得导电纱线在柔性电容式传感器中的应用情况,以一种新型二维过渡金属碳化物Ti₃C₂为导电材料、以棉纱为基体纤维,实现了导电纱线的连续化制备;然后以此导电纱线为电极、以横编间隔织物为介电层,设计了一款电容式压力传感器。研究了处理时间对纱线微观形貌、结合效果以及导电性能的影响;分析了该压力传感器的力学性能与电容特性。实验结果表明:随着处理时间的延长,Ti₃C₂材料与棉纱复合得到的纱线电导率可达0.872 S/cm;制备的传感器压缩回复性好、电容特性显著,灵敏度最高达到0.028 kPa^-1,能在150 ms内对压力快速响应,200次压缩循环中展现了良好的耐久性与稳定性。     

柔性ZrO2纳米纤维膜的制备及其应用研究现状

针对现有制备方法获得二氧化锆(ZrO₂)纳米纤维膜柔性不足的问题,综述了近年来利用静电纺丝技术在制备柔性ZrO₂纳米纤维膜方面的研究进展。基于现有研究成果,从前驱体溶液、静电纺丝工艺和煅烧温度3方面系统阐述了静电纺制备柔性ZrO₂纳米纤维膜的工艺流程,并概述了纤维形貌、孔隙结构和晶体结构对柔性ZrO₂纳米纤维膜的影响,介绍了柔性ZrO₂纳米纤维膜在能源、生物等领域的应用。最后指出:采用静电纺丝技术制备的柔性ZrO₂纳米纤维膜具有比表面积大、耐热性高等一系列优异特性,但仍存在纤维膜韧性相对较差的缺陷,尚无法满足实际工况要求;提高柔性ZrO₂纳米纤维膜的整体力学性能,并进行批量化制造,以满足实际应用是未来研究的重点。     

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。     

再生丝素蛋白水溶液静电纺丝成形原理探讨

运用静电纺丝方法,从再生蚕丝素蛋白水溶液中制得了圆形的具有光滑表面的超细再生丝,WAXD测试结果发现该纤维中含有结晶结构,但其结构既不同于无定形丝素膜,也不同于天然蚕丝纤维。而丝素蛋白分子在静电纺丝过程中已经受了相当高的拉伸,这表明即使在这样的条件下也无法得到结构和天然蚕丝一样的纤维,也暗示着单纯的拉伸并不能使丝素蛋白分子完成从无定形向β-折叠结构的转换。要完成从无定形向β-折叠结构的转换,还需有其他条件协同。     

静电纺纤维膜应变传感器制备及性能研究

采用真空抽滤的方法制备一种柔性可拉伸纤维膜传感器,该传感器具有灵敏度高、稳定性好、拉伸性能好、透气等特点。该传感器以静电纺丝技术为基础,将聚氨酯(TPU)纤维膜作为传感器基底,通过真空抽滤的方法将多壁碳纳米管(MWCNTs)和银纳米线(AgNWs)加载在TPU纤维膜上。扫描电镜图像显示,多壁碳纳米管和银纳米线与TPU纤维形成致密的导电网络。而且MWCNTs-AgNWs-TPU可拉伸纤维膜传感器具有良好的导电性,在50%应变下灵敏度高达438 kPa~(-1),具有优良的耐久性(>1 000循环)和水蒸气透过率,这种性能保证了传感器可以作为一种可穿戴设备来监测人体各部位的运动。     

智能可穿戴柔性压力传感器的研究现状与发展趋势

探讨国内外可穿戴柔性压力传感器的研究进展。分析当前柔性压力传感器的缺陷和在智能纺织品中应用的局限性因素。系统阐述柔性织物基压力传感器的制备、工作原理、结构、工艺与性能,重点探讨柔性织物基压阻式、电容式、压电式压力传感器和三维织物基压力传感器的传感性能,总结柔性织物基压力传感器开发、应用研究中需要解决的问题。结果表明,柔性织物基压力传感器及其结构的创新研究在智能可穿戴领域具有推动性作用。     

丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维拉伸性能研究

为研究静电纺丝丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维的力学性能,为其在组织工程支架方面的应用提供指导,制备了静电纺丝丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维膜,对其中单根纤维的力学性能进行了直接拉伸测试。测试结果显示了大变形情况下共混静电纺丝纤维的拉伸力学性能特点。通过总结其中的数学规律,进行参数拟合,获得了可应用于静电纺丝膜力学模型研究的应力应变函数。     

热处理对聚丙烯腈/聚环氧乙烷复合纳米纤维膜的力学性能影响研究

采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈和聚环氧乙烷纳米纤维膜,依次放置于方舟之上,热处理后得到了聚丙烯腈/聚环氧乙烷(PAN/PEO)复合纳米纤维膜,通过TG、SEM、多功能拉伸仪等研究了热处理温度和压力对复合纳米纤维膜形貌、力学性能的影响。结果表明:在140℃、20kPa压强的条件下得到的PAN/PEO纳米纤维膜保持了静电纺纳米纤维膜多孔的特点;在100℃、20kPa压强条件下得到的PAN/PEO纳米纤维膜具有较佳力学性能。     

聚合物基导电织物制备与应用研究

导电聚合物作为性能优异的导电高分子材料在柔性可穿戴电子纺织品中作用显著,聚吡咯、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）是3种较常见的导电聚合物。将聚合物基导电织物作为柔性电极,为传感器提供灵活性和可拉伸性,但其本征态聚合物制备织物的电导率较低,限制了其应用。文章在简述3种聚合物化学结构、导电机理等基本性质的基础上,重点介绍提高聚合物基织物电导率的不同方法及导电性能变化的机理,并对导电聚合物复合材料制成的柔性传感器的应用现状进行综述。提出聚合物导电织物在柔性传感器应用中存在的主要问题及其可行的研究发展方向。     

尼龙66细旦工业丝生产工艺研究

采用连续缩聚、直接纺丝、拉伸卷绕生产工艺,研究了纺制纤度为200dtex～700dtex的尼龙66细旦工业丝的工艺条件.结果表明,当聚酰胺熔体相对黏度(甲酸法)为70～72,纺丝温度为305℃～310℃,冷却风温20℃～24℃,风速0.3 m/s～0.4 m/s,第一、二、三拉伸温度分别为60℃,185℃,185℃;拉伸倍数5.0倍～5.2倍,卷绕速度<2600m/min,网络压力为300 kPa～350 kPa时,可获得质量优异的尼龙66细旦工业丝.     

静电纺丝制备柔性SiO2纳米纤维膜的研究

利用静电纺丝技术,采用聚乙烯醇(PVA)作为模板,以水为溶剂,配制PVA和硅酸四乙酯(TEOS)的共混溶液,制备柔性SiO₂纳米纤维膜。然后采用电镜扫描观察纤维膜的形貌,并研究分析不同煅烧温度下所制备的柔性SiO₂纳米纤维膜的晶体结构、拉伸性能、柔性和弯曲性能。结果表明：在本次试验条件下,700℃是最适宜的煅烧温度,此时纤维膜内部结构和柔韧性都较为良好;由于无定形区域增多,纤维膜具备优良的柔韧性,以及具有优良的可弯曲性能。