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。     

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。     

纺织基柔性力学传感器研究进展

针对纺织基柔性力学传感器成型构筑机理、传感响应原理、应用领域不明确、不清晰等问题,系统综述了近几年国内外纺织基柔性力学传感器的制备、性能及应用的研究,并分别分析了纺织基电阻式力学传感器、电容式力学传感器在人体运动、生命体征检测及人机交互等领域的应用优势。结果表明：一维纤维状传感器和二维织物传感器因其结构可变化性、组合可设计性等特点成为主要的纺织基传感器结构,传感器具有理想的线性度、迟滞性、重复性、灵敏度、稳定性等特性。高导电性、高弹性及回复性、高灵敏性和耐久性是纺织基柔性力学传感器的重要发展方向。     

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。     

钴酞菁与碳纳米管共修饰碳纤维织物传感器的制备及其电化学性能

为探索钴酞菁(CoPc)/碳纳米管(CNT)柔性葡萄糖传感器在葡萄糖检测中的应用,制备了一种CoPc和CNT共修饰的柔性碳纤维织物(CFT)修饰电极,并利用电化学工作站的银/氯化银参比电极和铂对电极与其共同组成三电极体系的葡萄糖传感器。借助扫描电子显微镜对修饰电极进行表征,采用循环伏安法、电化学阻抗图谱法、时间-电流曲线法研究葡萄糖传感器的电化学性能。结果表明:该修饰电极具有良好的导电性和电子转移能力,葡萄糖检测线性范围为4×10^-3~2.6 mmol/L,检测限为1.4 μmol/L (信噪比为3),灵敏度为231 μA·L/mmol;该修饰电极在检测葡萄糖时具有较好的重复性,测试10次后其响应电流仍可达到初始值的94.6%,且对果糖、蔗糖、乳糖、半乳糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸等物质具有较强的抗干扰性能。     

基于经编间隔织物的压力电容传感器特性

为实现用智能坐垫监测人体坐姿,对人体健康进行辅助治疗的目的,以6种不同规格的经编间隔织物为介质层制备压力电容传感器,研究经编间隔织物压力电容传感器的静态性能。对6种传感器进行电力学性能测试,得到应力-电容曲线,结合经编间隔织物的压缩性能,将间隔织物电容传感器的应力-电容曲线划分为3个阶段,分别研究每个阶段的灵敏度和线性度。结果表明:随着压力的增加,压力电容传感器的线性度会逐渐变差;其灵敏度,呈现出先逐渐增加,而后逐渐减小的趋势。在间隔织物的压缩平台区,电容传感器灵敏度最大,在间隔织物压缩的弹性区,电容传感器线性度最好。     

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。     

织物基柔性传感器研究进展

纺织品可穿戴柔性传感器具有质量轻、制备成本低、透气性好等优点,已成为可穿戴电子产品不可或缺的一部分。根据近年来织物基柔性传感器的研究进展,文章从针织物基柔性传感器、梭织物基柔性传感器和非织造布基柔性传感器3方面,综述织物基柔性传感器的制备、性能和应用领域,并对柔性传感器性能、尺寸、数据采集和处理能力的发展前景进行展望,为织物基柔性传感器发展提供新思路。     

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。     

基于针织的肘部弯曲传感器传感性能研究

为了运用针织导电织物作为柔性传感器来测试肘部弯曲度,对不同工艺条件下的导电织物进行了传感性能测试,以期获得最佳织物工艺。针对不同原料、组织和织物密度设计了三因素三水平正交实验,在圆机上织制了9种规格的导电织物并制作成袖套,测试了人体实际穿着时肘部弯曲过程中导电织物电阻的变化,采用多指标极差法和SAS方差法综合分析了9种导电织物的线性度、稳定性和灵敏度。实验结果表明,影响传感性能的因素从大到小顺序为原料、组织、织物密度,地纱原料的弹性对各传感性能影响最大,所以可以优先选择改变原料的弹性来调整传感器的传感性能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铜镍金属涂层机织物拉伸过程中电流的响应

为探讨金属涂层机织物作为柔性传感器的传感性能,利用织物强力机和自制电流数据采集系统测试涤纶基金属涂层机织物不同速度下拉伸过程中的电流变化,讨论了电流对拉伸的响应规律,分析了不同拉伸速度对电流响应的影响以及经纬向灵敏度之间的差异。结果表明:涤纶基金属镀层机织物经纬向伸长与电流响应曲线在拉伸速度较高时具有较高的线性度,低速拉伸的电流响应曲线相比高速拉伸线性度差;织物经纬向灵敏度随着拉伸速度的增大而减小,其纬向比经向断裂伸长大,纬向的灵敏度高于经向,低速拉伸时该织物的经纬向均具有较大的灵敏度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。