静电纺纳米纤维柔性应变传感器的研究现状

为系统分析静电纺纳米纤维应变传感器的设计方法和材料种类对传感性能的影响,进一步明晰其传感机制,综述了碳纳米纤维、聚偏二氟乙烯和聚氨酯纳米纤维基柔性应变传感器的制备方法,比较了这些传感器的敏感系数、应变范围及稳定性等的优势与缺陷,介绍了静电纺纳米纤维材料应变传感器在人体运动、生命健康监测等领域的研究现状和发展趋势。最后提出传感器基体的应变能力及恢复性对其应变范围及稳定性具有决定性影响,其基体形成的导电网络结构在应变过程中易发生结构损伤,且初始电阻越小,基体及导电网络的有效应变范围越大,传感器的性能越好,认为未来开发具有高应变范围、灵敏性及稳定性的静电纺纳米纤维基应变传感器将是一个重要发展方向。     

镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱电容传感器的构筑

为获得线形螺旋结构且具有良好传感性能的大应变柔性应变-电容传感器，采用水浴静电纺丝法以镀银聚酰胺6为芯纱，制备了镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱，并将其缠绕在橡筋上制备应变-电容式柔性传感器。对纳米纤维包芯纱的结构与力学性能进行表征与测试，分析了应变-电容传感器的传感性能，并探索了其在人体运动监测中的应用。结果表明：聚酰胺6纳米纤维在镀银聚酰胺6表面形成结构完整的包覆层，直径分布主要在80～100 nm范围内，平均直径为95.53 nm;相较于芯纱，纳米纤维包芯纱的力学性能基本保持不变；制备的柔性传感器表现出良好的应变-电容传感性能，在6.67%的应变下敏感因子可达3.93,并具有良好的重复性，该传感器可用于人体运动的实时监测。     

基于静电纺丝的柔性各向异性应变传感器的制备及其性能

为实现特定方向应变的检测,拓展柔性应变传感器的适用范围,利用磁场辅助静电纺丝技术制备平行排布的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维薄膜,并组装成各向异性柔性压电传感器。探究了纺丝参数对纤维薄膜形貌的影响,借助拉曼光谱仪对其化学结构进行表征;对传感器的应变响应性进行测试,并验证其应用于输尿管蠕动检测的可行性。结果表明:纺丝电压为11.5 kV,纺丝距离为13 cm,推注速率为5 mL/h条件下制备的PVDF纳米纤维具有均一的形貌和取向性,且纳米纤维膜为β晶型结构;柔性各向异性应变传感器对于沿PVDF纳米纤维垂直方向的应变,能够产生显著的电压响应信号,而对沿PVDF纳米纤维平行方向的应变不敏感,显示出良好的各向异性应变检测能力。     

纺织材料基可穿戴柔性应力/应变传感器的发展及应用

从柔性纤维、纱线、织物作为传感部件的角度,系统探讨了基于纺织材料的应力/应变传感器的设计方法、性能及应用。从拉伸性能、疲劳寿命和变形过程中电阻的相对变化等方面对其进行了评价,比较了传感器的灵敏系数、应变范围及稳定性等的优缺点。介绍了纺织材料基柔性传感器在人体运动、生命健康监测等领域的研究现状和发展趋势。认为未来开发具有高应变范围、灵敏性及稳定性的纺织力学传感器将是一个重要发展方向,并提出可以通过结构优化、使用新材料等方法来实现的建议。     

基于柔性应变传感器的人体下肢运动监测分析

针对可穿戴智能纺织品对于柔性可拉伸传感元件的需求,探讨柔性应变传感器在人体运动监测领域的可行性。以下肢跑步运动为例,选取大腿前中、大腿外侧偏上以及膝上3个位置放置柔性传感器,对跑步运动进行监测,利用传感器采集到的应变-电阻变化信息获取人体下肢运动状态。运动测试结果表明,随着人体跑步运动速度的变化,柔性传感器产生不同的拉伸变形,传感器应变-电阻变化与实际体表拉伸产生的形变趋势相同,其中放置于不同位置上的传感器产生的电阻变化差异能够较好地用于表征人体下肢运动强度、运动周期数等。完成了智能跑步运动裤的基础原型制作,并验证了可穿戴式柔性传感器用于人体下肢运动监测的可行性。     

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。     

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。     

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。     

可识别方向的透明传感器有望提高运动员表现

近日,天津工业大学杨光课题组报道了一种基于静电纺氧化锡锑纳米纤维(ATO)的高灵敏度、方向识别、透明柔性应变传感器。该应变传感器不仅展示出了高透明度(透光率约80%)和出色的传感性能(包括高灵敏度、高线性度、低滞后、良好的重复性和耐用性),更重要的是传感器显示出显著的各向异性传感性能,实现了其不受干扰的单向传感能力,即仅响应沿纳米纤维方向的应变,为开发方向识别透明柔性传感器提供了一种新的思路。     

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。     

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纳米纤维的形貌、结构、力学性能及压电性能进行表征。结果表明:CNTs/PVDF纳米纤维膜具有良好的力学特性,CNTs的添加有利于晶体结构中β晶型的形成;当CNTs质量分数为5%时,CNTs/PVDF纳米纤维的晶体结构中β晶型含量最多,压电性能最强,此时柔性传感器的输出电压达到最大值7.5 V。     

针织应力传感器的研究与应用进展

针织应力传感器是一种具有导电性能的纺织材料,作为服装面料时可随人体运动产生显著变形,将织物变形转换为电信号,利用针织应力传感器制备的服装可用于人体日常无感监测。文章从针织应力传感器的传感机理、制备方式及传感性能方面综述了针织柔性传感器的研究现状,从导电纱线、力学模型与性能参数设计方面探讨了当前针织应力传感器存在的主要问题,并阐述了针织应力传感器在人体生理信号监测及运动方面的应用,通过前期的研究对未来针织应力传感器的发展趋势进行了预测。     

静电纺聚丙烯腈/线性酚醛树脂碳纳米纤维电极的制备及其性能

为研究炭化温度对碳纳米纤维电极性能的影响,采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈/线性酚醛树脂(PAN/PF)纳米纤维,然后经不同温度炭化处理得到不同结构与性能的碳纳米纤维,并制备成电极材料.对碳纳米纤维的表面形貌、比表面积、孔结构、石墨化程度和元素含量,以及碳纳米纤维电极的电化学性能进行测试与表征.结果表明:PAN/PF碳纳米...     

静电纺制备定向排列纳米纤维集合体

简要介绍了静电纺纳米纤维的形成以及运动机理,介绍了国内外对定向排列纳米纤维阵列和纱线的最新研究进展,重点讨论了辅助电极的使用和接收装置的设计对获得定向排列纳米纤维阵列或纱线中纤维定向排列程度的影响。     

聚乳酸/胶原蛋白取向纳米纤维支架的性能

为研究取向纳米纤维的性能及取向纳米纤维对细胞生长的引导作用,利用可降解的聚乳酸和胶原蛋白为原料,通过静电纺丝方法制备了随机和取向排列的聚乳酸（PLLA）、聚乳酸 ∕ 胶原蛋白（PLLA ∕Coll）纳米纤维支架材料。利用扫描电镜、红外光谱仪等研究了纳米纤维的形态结构、化学性能和力学性能等,并在其表面培养间充质干细胞（MSCs）,研究细胞在不同的支架表面的生长形态。结果表明：取向纳米纤维具有较细的纤维直径,各向异性的结构性能,平行于纤维排列方向的润湿性能和优于垂直于纤维排列方向的断裂强度。复合 PLLA ∕ Coll 支架表面含有细胞识别基团,能增强细胞的黏附和增殖,培养在取向 PLLA ∕ Coll 纳米纤维支架上的 MSCs 呈现取向的纺锥形态,与体内 MSCs 的形态更类似。     

聚苯胺涂层经编织物的应变传感性能及其在呼吸监测中的应用

为制备呼吸监测智能服装用针织结构柔性传感器,首先通过等离子体对双经平结构的涤纶经编织物进行预处理,然后利用原位聚合法进行导电处理,分析了导电经编织物的微观结构与导电性能、应变-电阻传感性能,并探讨了其在呼吸监测智能内衣中的应用。结果表明：原位聚合法导电处理可赋予涤纶经编织物良好的导电性能,织物的电阻率较未处理时降低了约11个数量级;导电经编织物具有良好的应变-电阻传感性能,往复拉伸后电阻变化保持稳定,在6%和10%的应变条件下,其敏感因子分别为6和4左右;导电经编织物传感器具备良好的人体呼吸监测能力,不仅能记录呼吸的发生,还可监测呼吸的频率及强度。     

Preparation and Characterization of Co3O4/Graphene/Cellulose Nanofiber Composite Films

Nanocellulose has served as an eye-catching nanomaterial for constructing advanced functional devices with renewability, light weight, flexibility, and environmental friendliness. In this study, Co₃O₄/graphene/cellulose nanofiber (CNF) flexible composite films, in which the CNF acted as a spacer for the graphene, were prepared via a facile and scalable vacuum filtration method. The effects of the CNF on the microstructure, hydrophilicity, thermal stability, tensile strength, surface resistance, and electrochemical performance of the Co₃O₄/graphene/CNF composite films were systematically investigated. The results showed that the synergistic interaction of the CNF and graphene substantially improved the overall properties of the Co₃O₄/graphene/CNF composite films, particularly their hydrophilicity and tensile strength. Meanwhile, Co₃O₄/graphene/CNF composite films with a CNF content of 4% appeared to have the optimal electrochemical performance, with an area specific capacitance of 56 mF/cm² and prominent capacitance retention of 95.6% at a current density of 1 A/g after 1000 cycles. This work demonstrated that the prepared Co₃O₄/graphene/CNF flexible composite films have great application potential in the field of flexible energy storage devices.