CN109680503B - 一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法 - Google Patents

一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109680503B
CN109680503B CN201910058615.2A CN201910058615A CN109680503B CN 109680503 B CN109680503 B CN 109680503B CN 201910058615 A CN201910058615 A CN 201910058615A CN 109680503 B CN109680503 B CN 109680503B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
textile
carbon nano
nano tube
stretchable flexible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910058615.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109680503A (zh
Inventor
刘连梅
庄再裕
赵健伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiaxing University
Original Assignee
Jiaxing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiaxing University filed Critical Jiaxing University
Priority to CN201910058615.2A priority Critical patent/CN109680503B/zh
Publication of CN109680503A publication Critical patent/CN109680503A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109680503B publication Critical patent/CN109680503B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/73Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
    • D06M11/74Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/30Synthetic polymers consisting of macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/38Polyurethanes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法,涉及新型材料技术领域。该一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法,通过使用浸轧涂层法将碳纳米管涂敷于纺织纤维表面,再利用原位化学聚合反应在碳纳米管层表面结合导电聚合物,由于碳纳米管为二维线性材料,导电聚合物为颗粒状材料,使得线性的碳纳米管能够有效连接颗粒状的导电聚合物形成协同导电网络,使得制备得到可拉伸柔性导电纤维具备良好电导率,对基底的预处理也使得可拉伸柔性导电纤维具有良好拉伸柔性和电阻可逆性,解决了导电材料无法兼具变形能力和电阻可逆性,获取工艺复杂的技术问题,为制备兼具大尺寸拉伸和高灵敏度综合性能的可穿戴传感器提供可能。

Description

一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型材料技术领域,特别涉及一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法。
背景技术
可拉伸导电纤维是柔性可穿戴传感器的前驱,通常应用于感应和监测人体活动,目前在可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储等领域具有广泛的应用。
为了完全实现可穿戴性,完成各种人体运动检测,通常柔性可穿戴传感器的设计应具备较高的灵敏度和较大的应变范围,且电阻能够长久稳定相应,这对制备柔性可穿戴传感器所使用导电材料的柔性、电阻可逆性要求极高。传统的应变传感器,如基于金属箔以及半导体材料的传感器,柔性欠佳且可探测范围较小,通常小于5%,因此无法应用于柔性可穿戴传感器;用聚二甲基硅氧烷封装碳管得到的导电薄膜,其应变范围虽然可达到280%,但是其应变的电阻变化微乎其微,如此低的灵敏度无法满足柔性可穿戴传感器的基本需求。
此外,现有的可穿戴传感器的制备方法工艺通常较为复杂,例如,中国专利CN107192485A公开了一种可穿戴的柔性传感器,其采用静电纺丝的方法制备基底,制备方法繁琐,只可先制备出薄膜状传感器,形状尺寸均受接收板限制,不具备批量生产的可能;中国专利CN 107271084 A则公开一种柔性传感器,其包括两个传感组件,每个传感组件包括柔性纤维丝以及包覆柔性纤维丝的纳米结构薄膜,其中活性导电层通过热蒸发镀膜法制备,制备工艺要求高,且只可检测压力,涉及使用的重金属等不具有可穿戴的性质,不适用于人体。
在实现本发明的过程中,发明人发现相关技术至少存在以下问题:
相关技术提供的柔性可穿戴传感器所采用导电材料通常无法兼具变形能力和电阻可逆性,且导电材料的获取工艺较为复杂,导致制备得到的柔性可穿戴传感器无法同时具备较大应变范围及较高灵敏度。
发明内容
针对相关技术存在的上述问题,本发明提供了一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法,该导电纤维表面附着碳纳米管和聚吡咯等活性材料作为导电层,碳纳米管充当导电聚吡咯颗粒之间的桥梁,形成协同效应,导电涂层均匀、表面电阻率低且在不同形变条件下可实现电阻的有效可逆,同时,导电纤维仍具有可穿戴特性,制备工艺简单,制备成本低。本发明的技术方案如下:
根据本发明实施例的第一个方面,提供一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
将纺织纤维置入有机溶液内,在室温条件下浸泡处理1h,然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
将第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后,置入碳纳米管分散液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层;
将第二次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后,置入包含氧化剂和掺杂剂的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理5~30min,然后向所述混合溶液逐步滴加导电聚合物单体水溶液,使得导电聚合物单体在所述纺织纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
在一个优选的实施例中,所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为多臂碳纳米管,所述碳管分散液的浓度为0.5~2 mg/mL。
在一个优选的实施例中,所述碳纳米管分散液在使用前经超声分散处理。
在一个优选的实施例中,所述有机溶液为丙酮、乙醇中的至少一种。
在一个优选的实施例中,所述混合溶液中的氧化剂包括三氯化铁、过硫酸铵中的至少一种,所述掺杂剂包括蒽醌磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
在一个优选的实施例中,聚合反应的反应温度为0~4 ℃,反应时长为90 ~ 150min。
在一个优选的实施例中,所述纺织纤维预拉伸率为20%~100%。
在一个优选的实施例中,所述纺织纤维为具有弹性的纺织纤维。
在一个优选的实施例中,所述纺织纤维为聚氨酯纤维。
根据本发明实施例的第二个方面,提供一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维,其特征在于,所述可拉伸柔性导电纤维由上述任意所述的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法制备得到,所述可拉伸柔性导电纤维包括纺织纤维、包覆于所述纺织纤维表面的碳纳米管层以及包覆于所述碳纳米管层表面的导电聚合物。
与现有技术相比,本发明提供的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法具有以下优点:
本发明提供的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法,通过选用常见纺织纤维作为基底,使用浸轧涂层法将碳纳米管涂敷于纺织纤维表面,再利用原位化学聚合反应在碳纳米管层表面结合导电聚合物,由于碳纳米管为二维线性材料,导电聚合物为颗粒状材料,使得线性的碳纳米管能够有效连接颗粒状的导电聚合物形成协同导电网络,使得制备得到可拉伸柔性导电纤维具备良好电导率,对基底的预处理也使得可拉伸柔性导电纤维具有良好拉伸柔性和电阻可逆性,解决了导电材料无法兼具变形能力和电阻可逆性,获取工艺复杂的技术问题,为制备兼具大尺寸拉伸和高灵敏度综合性能的可穿戴传感器提供可能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法的方法流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的包覆有碳纳米管的纺织纤维的电子微观结构图。
图3是实施例1-6所制备可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化图。
图4为实施例5和实施例6制备的可拉伸柔性导电纤维在拉伸应变下的SEM对比图。
图5为实施例5制备的可拉伸柔性导电纤维在拉伸率为100%时的电阻可逆循环图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法的方法流程图,如图1所示,该电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法包括:
步骤101,将纺织纤维置入有机溶液内,在室温条件下浸泡处理1h,然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理。
需要说明的是,本发明实施例采用的纺织纤维为具有弹性的纺织纤维。在一种可能的实施方式中,该纺织纤维为聚氨酯纤维。
在一种可能的实施方式中,所述有机溶液为丙酮、乙醇中的至少一种。
其中,纺织纤维置入有机溶液进行浸泡处理,可去除纺织纤维表面的油剂和杂质,从而更好地进行后续对纺织纤维的表面处理。
步骤102,将第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后,置入碳纳米管分散液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层。
其中,碳纳米管具有良好的导电性且微观具备二维结构。
优选的,所述碳纳米管分散液在使用前经超声分散处理,从而使得碳纳米管分散液内的碳纳米管分散均匀。
优选的,所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为多臂碳纳米管,所述碳管分散液的浓度为0.5~2 mg/mL。
为了更好地说明本发明实施例,示出图2所示的包覆有碳纳米管的纺织纤维的电子微观结构图。
步骤103,将第二次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后,置入包含氧化剂和掺杂剂的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理5~30min,然后向所述混合溶液逐步滴加导电聚合物单体水溶液,使得导电聚合物单体在所述纺织纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
在一种可能的实现方式中,导电聚合物单体为吡咯单体(pyrrole),其发生聚合反应时先进行二聚、三聚、……直至生成大聚合度的聚吡咯链状分子。用P表示吡咯单体,其聚合反应公式如下述公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
公式 (1)
Figure 691082DEST_PATH_IMAGE002
公式(2)
Figure DEST_PATH_IMAGE003
公式 (3)
Figure 735786DEST_PATH_IMAGE004
公式(4)
优选的,所述混合溶液中的氧化剂包括三氯化铁、过硫酸铵中的至少一种,所述掺杂剂包括蒽醌磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
优选的,聚合反应的反应温度为0~4 ℃,反应时长为90 ~ 150 min。
需要说明的是,现有技术通常将导电聚合物单体制备为导电聚合物膜作为导电材料进行后续可穿戴传感器的制备,然而,导电聚合物膜作为刚性材料,并不能承受大的变形,在往复拉伸的过程中,容易破坏自身结构,导致导电性迅速衰减。
比如,吡咯单体制备得到的聚吡咯膜是常见的导电聚合物材料,具有长链共轭结构,但众所周知,聚吡咯膜是刚性材料,并不能承受大的变形,在往复拉伸的过程中,容易破坏自身结构而导致导电性迅速衰减。
为了克服上述技术问题,本发明采用的可拉伸柔性导电纤维的制备方法使用导电聚合物单体在碳纳米管层表面进行聚合反应得到导电聚合物颗粒,使得纺织纤维表面附着的碳纳米管和导电聚合物颗粒共同作为导电层,其中,碳纳米管充当导电聚合物颗粒之间的桥梁,形成协同效应,导电涂层均匀、表面电阻率低且在不同形变条件下可实现电阻的有效可逆,实现了电阻可逆的可拉伸导电纤维的制备,制备所得导电纤维具备较大的应变范围及较高的灵敏度,为柔性可拉伸传感器提供了新思路。
在一个优选的实施例中,所述纺织纤维预拉伸率为20%~100%。
综上所述,本发明提供的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法,通过选用常见纺织纤维作为基底,使用浸轧涂层法将碳纳米管涂敷于纺织纤维表面,再利用原位化学聚合反应在碳纳米管层表面结合导电聚合物,由于碳纳米管为二维线性材料,导电聚合物为颗粒状材料,使得线性的碳纳米管能够有效连接颗粒状的导电聚合物形成协同导电网络,使得制备得到可拉伸柔性导电纤维具备良好电导率,对基底的预处理也使得可拉伸柔性导电纤维具有良好拉伸柔性和电阻可逆性,解决了导电材料无法兼具变形能力和电阻可逆性,获取工艺复杂的技术问题,为制备兼具大尺寸拉伸和高灵敏度综合性能的柔性 可穿戴传感器提供可能。
此外,本发明所制备的可拉伸柔性导电纤维还具备纺织纤维得优良性质,如耐高温性、耐腐蚀性、高强度性等。
为了更好地说明本发明实施例制备得到的可拉伸柔性导电纤维的有益效果,示出实施例1-6进行补充说明。
实施例1
(a)将聚氨酯纤维置入丙酮溶液内,在室温条件下浸泡处理1h后,去除表面的油剂、杂质,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
(b)将第一次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸20%后,置入多壁碳纳米管溶液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得聚氨酯纤维的表面包覆有碳纳米管层;
(c)将第二次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸20%后,置入包含0.002 M蒽醌磺酸钠和0.04 M三氯化铁的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理10min,然后向所述混合溶液逐步滴加0.02 M的吡咯溶液,使得吡咯溶液在聚氨酯纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,反应120 min后去除纤维水洗和烘干处理,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
实施例2
(a)将聚氨酯纤维置入丙酮溶液内,在室温条件下浸泡处理1h后,去除表面的油剂、杂质,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
(b)将第一次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸40%后,置入多壁碳纳米管溶液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得聚氨酯纤维的表面包覆有碳纳米管层;
(c)将第二次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸40%后,置入包含0.002 M蒽醌磺酸钠和0.04 M三氯化铁的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理10min,然后向所述混合溶液逐步滴加0.02 M的吡咯溶液,使得吡咯溶液在聚氨酯纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,反应120 min后去除纤维水洗和烘干处理,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
实施例3
(a)将聚氨酯纤维置入丙酮溶液内,在室温条件下浸泡处理1h后,去除表面的油剂、杂质,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
(b)将第一次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸60%后,置入多壁碳纳米管溶液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得聚氨酯纤维的表面包覆有碳纳米管层;
(c)将第二次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸60%后,置入包含0.002 M蒽醌磺酸钠和0.04 M三氯化铁的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理10min,然后向所述混合溶液逐步滴加0.02 M的吡咯溶液,使得吡咯溶液在聚氨酯纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,反应120 min后去除纤维水洗和烘干处理,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
实施例4
(a)将聚氨酯纤维置入丙酮溶液内,在室温条件下浸泡处理1h后,去除表面的油剂、杂质,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
(b)将第一次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸80%后,置入多壁碳纳米管溶液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得聚氨酯纤维的表面包覆有碳纳米管层;
(c)将第二次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸80%后,置入包含0.002 M蒽醌磺酸钠和0.04 M三氯化铁的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理10min,然后向所述混合溶液逐步滴加0.02 M的吡咯溶液,使得吡咯溶液在聚氨酯纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,反应120 min后去除纤维水洗和烘干处理,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
实施例5
(a)将聚氨酯纤维置入丙酮溶液内,在室温条件下浸泡处理1h后,去除表面的油剂、杂质,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
(b)将第一次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸100%后,置入多壁碳纳米管溶液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得聚氨酯纤维的表面包覆有碳纳米管层;
(c)将第二次烘干处理后的聚氨酯纤维预拉伸100%后,置入包含0.002 M蒽醌磺酸钠和0.04 M三氯化铁的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理10min,然后向所述混合溶液逐步滴加0.02 M的吡咯溶液,使得吡咯溶液在聚氨酯纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,反应120 min后去除纤维水洗和烘干处理,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
实施例6
(a)将聚氨酯纤维置入丙酮溶液内,在室温条件下浸泡处理1h后,去除表面的油剂、杂质,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
(b)将第一次烘干处理后的聚氨酯纤维直接置入多壁碳纳米管溶液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的聚氨酯纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得聚氨酯纤维的表面包覆有碳纳米管层;
(c)将第二次烘干处理后的聚氨酯纤维预直接置入包含0.002 M蒽醌磺酸钠和0.04 M三氯化铁的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理10min,然后向所述混合溶液逐步滴加0.02 M的吡咯溶液,使得吡咯溶液在聚氨酯纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,反应120 min后去除纤维水洗和烘干处理,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
对上述实施例1-6制备得到的可拉伸柔性导电纤维进行不同拉伸率的测试以及往复性电阻变化测试,得到的各项数据及图像如图3-5所示。
其中,图3为各实施例所制备可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化图,其中,A为实施例6制备的可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化曲线,制备过程中未对纺织纤维进行预拉伸率处理;B为实施例1制备的可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化曲线,制备过程中对纺织纤维进行了二次20%预拉伸率的预拉伸处理;C为实施例2制备的可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化曲线,制备过程中对纺织纤维进行了二次40%预拉伸率的预拉伸处理;D为实施例3制备的可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化曲线,制备过程中对纺织纤维进行了二次60%预拉伸率的预拉伸处理;E为实施例4制备的可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化曲线,制备过程中对纺织纤维进行了二次80%预拉伸率的预拉伸处理;F为实施例5制备的可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化曲线,制备过程中对纺织纤维进行了二次100%预拉伸率的预拉伸处理。
复合导电纤维在发生较小形变时,纤维电阻会随着拉伸呈线性增大,当形变超过一定范围,复合导电纤维内导电层的导电通路很容易被破坏,就会出现电阻剧烈增大的现象。根据图3可知,当导电纤维的制备过程未受到预拉伸处理时(曲线A),导电纤维受到30%拉伸率的拉伸后,其电阻就会开始发生剧烈增大的情况;当导电纤维的制备过程中受到100%预拉伸率的预拉伸处理时(曲线F),导电纤维在受到200%拉伸率的拉伸后依然没有出现剧烈增大的情况,说明该导电纤维可以承受较大拉伸。在一定拉伸率范围内,导电纤维在制备过程中受到预拉伸率越大,其承受拉伸的形变量随之增加,在图3中的体现就是出现电阻上扬的拐点就越推后。
结合实施例1-6中各项数据以及图3进行分析可知,随着预拉伸处理过程中预拉伸率的增加,可拉伸柔性导电纤维可实现的应变率也随之增加;当预拉伸100 %制备时,可拉伸柔性导电纤维的电阻随着应变的增加线性增加。
图4为实施例5和实施例6制备的可拉伸柔性导电纤维在拉伸应变下的SEM对比图,其中,实施例5制备过程中对纺织纤维进行了二次100%预拉伸处理,实施例6制备过程中对纺织纤维未进行预拉伸处理。从图4可知,本发明提供的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法中,对纺织纤维的预拉伸处理可有效改善导电纤维在拉伸应变条件下,导电层的完整性和均匀性,保障了可拉伸柔性导电纤维的有效电阻可逆。
图5为实施例5制备的可拉伸柔性导电纤维在拉伸率为100%时的电阻可逆循环图。由图5可知,本发明制备的可拉伸柔性导电纤维,其电阻可逆性优良,在多次大拉伸情况下电阻均可逆,且灵敏度高。
综上所述,本发明提供的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法,通过选用常见纺织纤维作为基底,使用浸轧涂层法将碳纳米管涂敷于纺织纤维表面,再利用原位化学聚合反应在碳纳米管层表面结合导电聚合物,由于碳纳米管为二维线性材料,导电聚合物为颗粒状材料,使得线性的碳纳米管能够有效连接颗粒状的导电聚合物形成协同导电网络,使得制备得到可拉伸柔性导电纤维具备良好电导率,对基底的预处理也使得可拉伸柔性导电纤维具有良好拉伸柔性和电阻可逆性,解决了导电材料无法兼具变形能力和电阻可逆性,获取工艺复杂的技术问题,为制备兼具大尺寸拉伸和高灵敏度综合性能的柔性 可穿戴传感器提供可能。
虽然,前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明做了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之进行修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后,将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
将纺织纤维置入有机溶液内,在室温条件下浸泡处理1h,然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤,再置入烘箱进行第一次烘干处理;
第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后,置入碳纳米管分散液中,在室温条件下浸泡处理3~5min,然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤,再置入烘箱进行第二次烘干处理,使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层,所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为多臂碳纳米管,所述碳纳米 管分散液的浓度为0.5~2mg/mL;
将第二次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后,置入包含氧化剂和掺杂剂的混合溶液中,在冰浴条件下浸泡处理5~30min,然后向所述混合溶液逐步滴加导电聚合物单体水溶液,使得导电聚合物单体在所述纺织纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应,得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳纳米管分散液在使用前经超声分散处理。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述有机溶液为丙酮、乙醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混合溶液中的氧化剂包括三氯化铁、过硫酸铵中的至少一种,所述掺杂剂包括蒽醌磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,聚合反应的反应温度为0~4℃,反应时长为90~150min。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述纺织纤维预拉伸率为20%~100%。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述纺织纤维为具有弹性的纺织纤维。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述纺织纤维为聚氨酯纤维。
9.一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维,其特征在于,所述可拉伸柔性导电纤维由权利要求1-8任意所述的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法制备得到,所述可拉伸柔性导电纤维包括纺织纤维、包覆于所述纺织纤维表面的碳纳米管层以及包覆于所述碳纳米管层表面的导电聚合物。
CN201910058615.2A 2019-01-22 2019-01-22 一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法 Active CN109680503B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910058615.2A CN109680503B (zh) 2019-01-22 2019-01-22 一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910058615.2A CN109680503B (zh) 2019-01-22 2019-01-22 一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109680503A CN109680503A (zh) 2019-04-26
CN109680503B true CN109680503B (zh) 2021-06-01

Family

ID=66192528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910058615.2A Active CN109680503B (zh) 2019-01-22 2019-01-22 一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109680503B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361119A (zh) * 2019-07-11 2019-10-22 南京大学 一种复合微结构的柔性应力传感器及其制备方法
CN110331576B (zh) * 2019-07-16 2021-07-30 嘉兴学院 一种柔性导电纤维及其制备方法
CN110359272B (zh) * 2019-08-21 2021-11-16 安徽工程大学 一种碳纳米管聚苯胺涂层针织物应变传感器的制备方法
CN110863345B (zh) * 2019-11-21 2022-03-01 武汉纺织大学 导电复合纤维束及其制备方法和有机电化学晶体管
CN111009420B (zh) * 2019-12-24 2021-06-11 嘉兴学院 一种全纺织结构的复合能源器件及其制造方法
CN112410927B (zh) * 2020-11-19 2022-06-14 南开大学 一种可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维及其制备方法及应用
IL280607A (en) * 2021-02-03 2022-09-01 Yeda Res & Dev A non-covalent hybrid containing carbon-based nanotubes and aromatic molecules, and uses
CN113089126B (zh) * 2021-04-08 2023-04-11 青岛大学 基于sbs导电纤维的导电网络重塑方法及利用该方法制备的导电复合纤维及其制备方法
CN113846399B (zh) * 2021-11-02 2023-01-10 武汉纺织大学 一种高灵敏度应变传感复合纱线及其制备方法和应用
CN114032673B (zh) * 2021-11-08 2023-06-20 新凤鸣集团股份有限公司 一种超灵敏度电阻响应型可拉伸导电复合纤维及其制备方法与应用
CN115369647A (zh) * 2022-09-23 2022-11-22 陕西科技大学 一种多功能胶原纤维基柔性可穿戴传感材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104392844A (zh) * 2014-11-06 2015-03-04 东华大学 一种纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的原位界面聚合方法
CN107345367A (zh) * 2016-05-04 2017-11-14 江南石墨烯研究院 可拉伸的超细导电纤维
CN108364797A (zh) * 2018-02-11 2018-08-03 哈尔滨工业大学 一种碳纳米管织物电极及纱线电极的制备方法及电极的应用
CN108978189A (zh) * 2018-07-13 2018-12-11 武汉纺织大学 碳纳米管/聚吡咯复合纤维与制备方法及其在晶体管传感器中的应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104392844A (zh) * 2014-11-06 2015-03-04 东华大学 一种纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的原位界面聚合方法
CN107345367A (zh) * 2016-05-04 2017-11-14 江南石墨烯研究院 可拉伸的超细导电纤维
CN108364797A (zh) * 2018-02-11 2018-08-03 哈尔滨工业大学 一种碳纳米管织物电极及纱线电极的制备方法及电极的应用
CN108978189A (zh) * 2018-07-13 2018-12-11 武汉纺织大学 碳纳米管/聚吡咯复合纤维与制备方法及其在晶体管传感器中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN109680503A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109680503B (zh) 一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法
Wang et al. A highly stretchable carbon nanotubes/thermoplastic polyurethane fiber-shaped strain sensor with porous structure for human motion monitoring
Luo et al. Highly conductive, stretchable, durable, breathable electrodes based on electrospun polyurethane mats superficially decorated with carbon nanotubes for multifunctional wearable electronics
Cai et al. Flexible and wearable strain sensing fabrics
Lee et al. Preparation of fabric strain sensor based on graphene for human motion monitoring
WO2021114321A1 (zh) 一种柔性导电纤维膜材料及其制备方法
Zou et al. Superhydrophobization of cotton fabric with multiwalled carbon nanotubes for durable electromagnetic interference shielding
Shang et al. Self-stretchable, helical carbon nanotube yarn supercapacitors with stable performance under extreme deformation conditions
Zou et al. The optimization of nanocomposite coating with polyaniline coated carbon nanotubes on fabrics for exceptional electromagnetic interference shielding
Gong et al. Fabrication of highly conductive and multifunctional polyester fabrics by spray-coating with PEDOT: PSS solutions
Ala et al. Conductive textiles via vapor-phase polymerization of 3, 4-ethylenedioxythiophene
US20160258110A1 (en) Method of making conductive cotton using organic conductive polymer
CN110172161B (zh) 一种三重网状结构水凝胶的制备方法及其应用
CN110359272B (zh) 一种碳纳米管聚苯胺涂层针织物应变传感器的制备方法
Zhang et al. Stretchable conductive Ni@ Fe3O4@ Polyester fabric strain sensor with negative resistance variation and electromagnetic interference shielding
Jin et al. High performance flexible and wearable strain sensor based on rGO and PANI modified Lycra cotton e-textile
CN112680967B (zh) 具有单向导湿作用的压阻传感织物及其制备方法
Zhuang et al. Wearable strain sensor based on highly conductive carbon nanotube/polyurethane composite fibers
Liu et al. A hydrogel-mediated scalable strategy toward core-shell polyaniline/poly (acrylic acid)-modified carbon nanotube hybrids as efficient electrodes for supercapacitor applications
Uddin Coatings for technical textile yarns
Hosseini et al. Preparation of conducting fibres from cellulose and silk by polypyrrole coating
CN113062116B (zh) 一种仿生结构应变不敏感导电纤维及其制备方法
Choi et al. Textile‐Based Stretchable Supercapacitors with Liquid Metal Current Collectors
CN110863345B (zh) 导电复合纤维束及其制备方法和有机电化学晶体管
He et al. Interfacial modification strategy for the fabrication of high performance fiber-based strain sensors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant