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。     

应变速度对聚吡咯导电机织物传感响应的影响

导电机织物已被作为应变传感器应用在上肢姿态监测服装中,但目前对此类导电机织物的动态传感响应特点缺乏深入认识。通过控制施加周期性机械激励的速度,探讨导电机织物在不同应变速度下的动态机电性能,测量在不同拉伸应变速度下的机电响应,计算其应变敏感性、重复性、滞后性、线性度。结果显示,聚吡咯导电机织物的拉伸电阻随织物应变增加而减小,拉伸应变速度增加使其应变敏感性降低、重复性提高,而滞后性增加,线性度无明显变化,且在运动姿态监测所需拉伸速度及应变范围内没有明显的感抗效应,动态响应重复性好。研究结果表明,当聚吡咯导电平纹机织物用作监测上肢姿态的应变传感器时,肢体活动引起的应变速度是一个重要的设计参数。     

线圈转移对导电弹性针织柔性传感器的电-力学性能影响

为了理论指导弹性纬平针织物柔性传感器的设计,本文基于针织物的线圈结构对导电镀银纱弹性针织物的电-机械性能建立了电阻六角模型,并研究了电阻和导电针织物张力的关系,通过求解导电针织物电路方程组得到其等效电阻。研究结果表明：导电针织物电路是综合串联和并联的复杂电路网;沿纵行方向,它是一个并联电路;沿横列方向,它是一个串联电路。为了简化计算过程,只需要计算m横列╳1纵列线圈的等效电阻。从理论分析和实验研究可得,线圈纱段转移引起了导电弹性针织柔性传感器的电阻变化,并且是引起传感器灵敏度的关键因素;针织物的电阻随应变的增加而线性增加。此外,接触电阻、织物结构和纱线伸长也影响针织物传感器的性能。     

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。     

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。     

柔性传感针织物用不锈钢纱线与镀银纱线的性能

针织物弹性佳、柔性好,适合用作监测传感器的基底材料,所用导电纱线应具有弯曲性好、易于编织以及电阻稳定的特性.对比分析了不锈钢混纺纱线和镀银纱线的电阻、拉伸性能与勾结性能.得出结论为:不锈钢混纺纱中不锈钢纤维比例低,纱线强度大,易于针织,但纱线电阻沿长度方向不稳定;不锈钢纤维比例高时,纱线电阻稳定,但拉伸强度与勾结强度小...     

一种新型柔性织物传感器的静态性能测试与评估

为探讨一款新型柔性织物传感器的静态性能,选择三个传感器试样进行定伸长重复循环拉伸实验,以GB/T 18459—2001国家标准为依据,探讨传感器的线性度、灵敏度、重复性误差、迟滞和织物弹性性能。结果表明:该柔性传感器的灵敏度很高,优于普通金属应变传感器;同时该传感器的弹性回复率高达96%以上,塑性变形率在3%左右,弹性性能优良,应用前景广阔;该传感器的缺点是重复性误差较大,在15%以上,迟滞水平参差不齐,介于3%～20%;它的非线性误差在6%左右。     

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。     

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。     

镀银锦纶导电针织物传感性能研究与应用

选用镀银锦纶纱线为导电针织物原料，以4股、5股、6股合股织造纬平针、1+1罗纹、2+2罗纹共9组织物，测试9组织物电学性能及传感性能（灵敏度、线性度、重复性），并分析组织结构和纱线合股根数对织物传感性能影响。结果表明，4股纬平针组织针织物在导电性能和传感性能上表现优异，同时其在人体肘关节的实际应用结果表明，该织物可作为柔性应变传感器对人体肘关节康复训练活动进行有效监测。     

包覆度对包覆纱应变传感器基本传感性能的影响

弹性包覆纱具有螺旋包缠结构,在纱线应变传感器的设计中得到了广泛应用。但是,目前还没有关于包覆纱结构参数与其传感性能之间关系的研究。针对包覆纱的结构参数——包覆度和包覆纤维结构,分别制作了包覆度20～40捻/cm的单层和双层包覆纱线,并进行聚吡咯原位聚合形成导电纱,通过测试在拉伸应变下的电阻响应,评价其作为传感器的灵敏性、敏感阈值和重复稳定性。试验结果显示:包覆纱应变传感器的电阻响应随包覆度不同而变化,灵敏性在包覆度为40捻/cm时最好,能检测应变低至0.5%的拉伸运动;单层包覆结构传感器的包覆度越小,重复稳定性越好,而双层包覆结构正好相反。     

涂碳纤维导电针织物的结构设计及其传感性能

为开发传感性能稳定且能满足人体穿着舒适性的织物型传感器,选择柔性涂碳导电复合丝,采用纬平和1+1罗纹针织结构制造了织物传感器的雏形。通过对导电针织物样本的反复拉伸,寻找织物电阻的变化与织物拉伸形变之间的关系,并分析导电针织物的导电和传感性能。结果表明:在拉伸力作用下,随着伸长率的增加,涂碳纤维导电针织物的电阻逐渐减小,电阻变化近似于开口向上的抛物线左侧曲线;4种导电针织物中,灵敏度最高为1.52,纬平结构针织物的灵敏度高于1+1罗纹织物,并股纱线针织物比加捻纱线针织物灵敏度高;1+1罗纹组织织物的稳定性与应力松弛特性优于纬平组织织物。     

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。     

不锈钢短纤维/棉包覆氨纶纱的弹性与电学性能

为开发兼具弹性和导电性能的电磁功能纱线,以氨纶为芯丝、外包不锈钢短纤维/棉混纺纱,研制系列弹性不锈钢短纤维/棉包覆氨纶纱。在Instron 5566万能试验机上,结合万用表,获得弹性纱线的应力-应变、应变-电阻以及定伸长弹性回复曲线,研究纱线在不同拉伸状态下的电学性能。结果表明:不锈钢短纤维/棉包覆氨纶芯丝的纱线,存在氨纶芯丝的断裂现象,将不锈钢短纤维/棉包覆氨纶芯丝的纱线直接与氨纶丝或氨纶/棉包芯纱直接并合的方式,赋予纱线弹性;随着不锈钢短纤维含量的增加,弹性纱线的弹性伸长和回复性能都降低,塑性变形增加;随着弹性纱线应变的增加,其电阻先增加后降低。     

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。     

组织结构和密度对导电针织物传感性能的影响

为提高导电针织物的传感性能,以涤纶/石墨烯导电复合纱线为导电材料,选择纬平针和1+1罗纹2种织物结构,分别采用3种密度,在电脑横机上编织了6种导电针织物。通过重复拉伸实验,测得织物的电阻—应变关系,分析了组织结构和密度对织物传感性能的影响。结果表明：纬平针织物的电阻随应变的增加先增大后减小,并在5%～25%的应变范围内近似呈线性关系;罗纹织物的电阻随应变先快速增大后趋于稳定,在3%～24%的应变范围内近似呈指数增长关系;罗纹织物的灵敏度、稳定性优于纬平针织物。导电针织物的灵敏度随着密度的增大而增大;但密度过大或过小会降低织物的稳定性;纬平针的重复性随着密度的减小而增大,罗纹的重复性随着密度的减小而减小。     

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。     

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。     

导电纱线及柔性传感器耐久性影响因素研究

为了探究影响导电纱线及柔性传感器耐久性的因素，本文选取5种典型金属导电纱线，首先分析洗涤次数、热定型温度及氧化时间对其电阻的影响。然后，以77 dtex镀银导电纱线织造不同尺寸的柔性传感器，进行30次洗涤测试，并用活性藏青BF-DB进行染色处理，以此分析洗涤和染色对传感器性能的影响。结果表明：三种因素对铜纤维的导电性能影响最大，而对铜丝和不锈钢导电纱线的导电性能影响最小，其耐洗涤性、耐热性及抗氧化性能良好。锦纶基镀银导电纱线电阻随着热定型温度的增大而减小，长度缩短；洗涤次数增加，其电阻有一定程度增大；氧化处理20 d后导电性能明显减弱。镀银导电纱编织的柔性传感器较耐洗涤，染色处理后其尺寸变小，但能维持稳定的导电性。