CN113322667A - 一种银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导电纤维制备领域,尤其涉及一种银纳米线‑MXene超弹智能导电纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤1：制备纤维薄膜；步骤2：亲水处理；步骤3：纤维薄膜裁剪；步骤4：薄膜加捻；步骤5：薄膜过捻；本制备方法工艺简单，通过表面喷涂法制备银纳米线‑MXene复合螺旋状导电纤维，此导电纤维具有优良的导电性和优良的可拉伸，同时具有良好的耐久性和机械稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及导电纤维制备领域,尤其涉及一种银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法。
背景技术
螺旋纤维在各领域中的应用，包括人工肌肉、超弹性导线、生物器官芯片、智能响应驱动器、可编织电子和能量收集和储存器件等。由于独特的几何结构优势和优异的物理化学性能使得螺旋结构纤维作为新兴的结构纤维材料获得了广泛的关注。螺旋结构是自然界普遍存在的一种形状，如攀附生长的植物藤蔓、携带遗传信息的DNA分子等，大自然赋予了它们最佳的局域空间存在方式。由于具有独特的物理化学性质和几何结构优势，螺旋结构纤维材料在很多领域都具有重要的应用价值，如智能健康检测设备、可拉伸电子、传感生物芯片、可穿戴智能织物和储能器件等。因此，以实际应用需求为导向，通过调控纤维组成构筑单元，设计制备结构功能一体化的多尺度可伸缩复合导电螺旋纤维，进而探索其在智能柔性电子器件领域的应用，具有重要意义。
综合国内外研究现状和发展动态，我们可把制备螺旋纤维的方法概括为四类：湿纺法、打印挤出法、微流控法和CVD结合加捻法。湿纺法是具有一定组成一定粘度的纺丝原液进入喷丝头经凝固浴析出形成纤维的过程，可灵活地制备出微米尺度纤维，如聚乙烯醇和石墨烯螺旋纤维。其中纺丝原液和凝固浴的调配是影响纤维成型的重要因素。挤出打印法包括熔融流体打印和溶液流体打印。随着技术的发展，改进的打印技术蓬勃兴起，如3D打印，可打印出的新型结构形貌材料也越来越多，可用于增材制造和组织工程纤维支架等方面。若把打印技术结合平移台收集装置，通过调控打印高度和收集装置移动速度，则可制备微米螺旋结构纤维。微流控法即通过调节多相流体在微流控通道中的流动行为，结合流体的快速凝胶化，得到具有连续螺旋结构的微米纤维的方法。利用微流控技术的优势，通过拓展流体通道，还可制备多组分结构、核壳结构以及双螺旋结构的螺旋纤维。通过与先进技术相结合，改进现有微流控技术，以灵活可控的方式，实现多种特定螺旋结构纤维的合成与制备，可将制备的新型功能材料应用于微机电系统、光学传感器官芯片等方面。除了上述描述的方法外，制备螺旋纤维常用的方法还包括化学气相沉积CVD结合加捻工艺，该方法主要针对碳纳米管螺旋纤维的制备，具体是以初级螺旋碳纳米管纤维为构筑单元，制备具有多级螺旋结构的碳纳米管纤维，并研究它们的各种性能和应用。
导电聚合物、碳纳米管(CNTs)、石墨烯、金属纳米线和MXene常用作制备电子器件的导电材料。在这些材料中，导电聚合物具有较弱的力学性能、较低的电导率和较低的透过率。碳纳米管之间的高接触电阻限制了碳纳米管的导电性。石墨烯的导电性低，而且合成时需要极高的温度。而其中，银纳米线因其高透明度、优良的导电性、高机械强度，优良的柔韧性和可用于大规模生产而备受关注。Ti3C2Tx是目前研究最广泛的MXene材料，它具有金属导电性、亲水性、高机械强度和电磁屏蔽性能。但银纳米线和MXene在应用于光电器件时，仍有很多问题需要解决。银纳米线导电纤维的制备方法多采用旋涂、刮涂或喷涂等方法，制备的银纳米线导电纤维中，银纳米线只是简单堆叠，银纳米线间的接触电阻较大，采用一些工艺来处理以降低接触电阻。目前常用的较为有效的提高导电性的方式有高温退火、激光焊接、热压等方式,但高温处理不适用于不耐高温的聚合物柔性基底；常温采用的机械压力加载的焊接方式会造成银纳米线表面造成破坏，大大降低纳米线纤维的导电性。
例如发明申请CN109338717A中利用气压差将银纳米线吸入毛细玻璃管再将液体吹出，最后刻蚀掉玻璃管，此方法能够得到电阻较低的导电纤维，解决电阻问题，但忽略了导电纤维的拉伸问题，银纳米线自身拉伸性较差，极易在小应变下破坏导电网络，使导电性能变差。CN112998334A首先制成中空纤维再将导电材料灌注在中空纤维中形成导电纤维，施加预应力下凝胶化再撤回预应力。这种方法在很大程度上解决了导电纤维性能稳定的问题，但施加预应力的程度有限，成品的导电纤维只能在预应力的范围内应变，减少了导电纤维的网络的拉伸性，应用条件受限。CN212934184U使用真空溅射的方法向纤维基材表面镀上金属银薄膜，其发明拥有的弹性为纤维卷绕在弹性体上。此方法能够在很大程度上解决大应变问题，但步骤繁琐还需经高温处理，对基底会造成一定的破坏。
因此，本领域致力于开发一种制备银纳米线-MXene复合螺旋状高性能智能导电纤维的方法，能够采用静电纺工艺与表面处理法，制备具有高导电率、高拉伸性、高耐久性、高柔韧性和高机械稳定性等特点集于一体的螺旋状智能导电纤维。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何在不经过高温处理的情况下制备一种螺旋状导电纤维,具有高导电性、高拉伸性、高柔性和高耐久性。
针对上述问题，本发明的目的是：利用自然界普遍存在的螺旋结构，增加纤维的空间存在方式，并利用简单易行的方法在螺旋结构上搭载三维立体导电层，在增加纤维本身性能的同时提高纤维的导电性能和导电持续性及耐久性。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是：一种银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制备纤维薄膜，使用四氢呋喃与DMF制备纺丝溶液，用静电纺丝技术纺制热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜；
步骤2：亲水处理，将步骤1所得的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜进行热碱亲水处理后烘干，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3：纤维薄膜裁剪，将步骤2使用热碱亲水处理后得到的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜按标准进行裁剪，得到纤维薄膜膜条；
步骤4：薄膜加捻，将步骤3得到的纤维薄膜膜条使用电机进行加捻，并在加捻前与加捻过程中分别多次喷涂银纳米线溶液与MXene溶液，喷涂加捻后烘干，得到带有银纳米线与MXene导电网络的银纳米线-MXene复合导电网络纤维；
步骤5：薄膜过捻，将步骤4得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续过捻，得到银纳米线-MXene复合螺旋状高性能智能导电纤维。
上述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，在所述步骤1中使用的纺丝溶液质量分数为7％，所述纺丝溶液中四氢呋喃与DMF比例为1：1。
上述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，在所述步骤2中热碱亲水处理为浸泡60℃热碱，浸泡时间为2h，所述热碱溶液的浓度为3.4mg/ml。
上述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，在所述步骤3中热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜的裁剪标准是纤维薄膜膜条的宽度为4-8mm，长度10cm。
上述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：所述步骤4中，银纳米线溶液为浓度为1-2mg/ml的银纳米线乙醇溶液，所述银纳米线乙醇溶液中的银纳米线的直径为100-130nm，长度为40-60μm；MXene溶液为浓度为1-5mg/ml的MXene水溶液，所述MXene水溶液中MXene的尺寸为1-5μm。
上述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，在所述步骤4中，加捻前与加捻过程中分别喷涂银纳米线溶液与MXene溶液的次数不少于4次，喷涂加捻后烘干温度为60℃，烘干时间为15min。
上述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，在所述步骤5中得到的银纳米线-MXene复合螺旋状高性能智能导电纤维，包括螺旋纤维层，以及覆盖在螺旋纤维层外侧的三维导线层。
本发明一种银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法的有益效果是：
1、发明中采用TPU纤维膜作为螺旋导电智能纤维的基地，螺旋结构是自然界普遍存在的一种形状，如攀附生长的植物藤蔓、携带遗传信息的DNA分子等，大自然赋予了它们最佳的局域空间存在方式。在螺旋状结构上赋予一维与二维搭接的导电网络，以实际应用需求为导向，通过调控纤维组成构筑单元，设计制备结构功能一体化的多尺度可伸缩复合导电螺旋纤维，研究可控制备-多级结构-力电性能的关系，进而探索其在智能柔性电子器件领域的应用，具有重要意义。在拉伸过程中，螺旋状结构首先承载应变，但表面导电网络未受到较大影响，电阻变化不大；继续拉伸应变超600％后，螺旋状结构解螺旋，纤维自身弹性承载应变，此时表面一维二维搭接的导电网络受到影响，但由于银纳米线与MXene材料的搭接在应变滑移过程中仍能够保持连续的导电网络从而保持导电性。银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维由其优异的螺旋结构与三维导电网络相互结合拥有较高的拉伸性的同时拥有较稳定的导电性。
2、用一维银纳米线和二维MXene构建三维导电网络。在一维银纳米线网络中加入二维MXene，是克服银纳米线导电纤维缺陷的一种策略，可以制备高性能的导电纤维。高导电性的银纳米线与Mxene的有效结合可以显著降低面电阻，因为二维纳米片搭接了银纳米线的导电网络。MXene纳米片可以均匀地穿插在银纳米线的导电网络之间，形成层间结构，从而在高应变下保持较稳定的电导率。
3、制备方法工艺简单，通过表面喷涂法制备银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维，此导电纤维具有优良的导电性和优良的可拉伸，同时具有良好的耐久性和机械稳定性。能够满足未来电子器件柔性化、轻薄化的发展需求，在人工肌肉、健康检测、生物器官芯片、智能响应驱动器、可编织电子、能量收集和储存器件可拉伸电子、运动检测器、传感器等许多电子设备中有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明制备螺旋状导电纤维所用的TPU纤维薄膜表面的微观形貌；
图2为本发明银纳米线-MXene复合导电薄膜的表面微观形貌；
图3为本发明银纳米线-MXene复合导电纤维表面的微观形貌；
图4为本发明银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的微观形貌；
图5为本发明银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维导电网络的微观形貌；
图6为本发明制得的银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的电镜下结构示意图；
图7为本发明亲水处理前后TPU纤维薄膜的接触角对比图。
具体实施方式
为使本领域技术人员充分理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详尽解释，以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。本领域的技术人员根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整,均属于本发明的保护范围。
如图1-7所示，一种银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制备纤维薄膜，使用四氢呋喃与DMF制备纺丝溶液，用静电纺丝技术纺制热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜；
步骤2：亲水处理，将步骤1所得的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜进行热碱亲水处理后烘干，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3：纤维薄膜裁剪，将步骤2使用热碱亲水处理后得到的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜按标准进行裁剪，得到纤维薄膜膜条；
步骤4：薄膜加捻，将步骤3得到的纤维薄膜膜条使用电机进行加捻，并在加捻前与加捻过程中分别多次喷涂银纳米线溶液与MXene溶液，喷涂加捻后烘干，得到带有银纳米线与MXene导电网络的银纳米线-MXene复合导电网络纤维；
步骤5：薄膜过捻，将步骤4得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续过捻，得到银纳米线-MXene复合螺旋状高性能智能导电纤维。
以下案例中，银纳米线的直径为100-130nm，长度为40-60μm，MXene的尺寸为1-5μm。
纤维在碱性条件下水解，导致表面链缩短，产生亲水羧酸和羟基，使纤维更加亲水。选取线型溶液的浓度考虑要在tpu膜耐酸碱度内，以及能够出现亲水反应，效果为既不损伤tpu膜的力学性能又能够使TPU变亲水。
而在制得的银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维中，电阻值越小导电纤维的性能越好，作为电子器件所需电压就越小，就会更加节能。
在喷涂过程中，采取的喷涂为雾化喷枪压力约为5mpa，喷出纳米材料使其更加均匀。对于喷涂的压力，根据机器的不同设置可以优先选择最优的雾化喷枪压力。
在薄膜加捻及薄膜过捻的过程中，薄膜加捻和薄膜过捻的速度不宜过快，以免导电材料未附着在纤维膜条上。
在烘干过程中，烘干温度应在TPU纤维耐热范围内且不损伤纤维的各项性能，时间为观察表面水分充分挥发后增加1～2分钟。不损伤TPU各项性能又能得到干燥的纤维膜。
实施例1：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂1mg/ml的银纳米线溶液与1mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络；根据上述尺寸进行裁剪制得的亲水薄膜膜条最后得到的螺旋状纤维泊松比最小，使纵向弹性大导致最大值，横向变化小。
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为8.5Ω/cm，伸长率为1800％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例2：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂1mg/ml的银纳米线溶液与1mg/ml的MXene溶液5次在干燥烘箱中60℃烘干15min获得银纳米线与MXene导电网络；重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为4次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为5.7Ω/cm，伸长率为1500％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例3：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂2mg/ml的银纳米线溶液与2mg/ml的MXene溶液5次，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为5.2Ω/cm，伸长率为1700％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例4：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂2mg/ml的银纳米线溶液与2mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络；重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为6次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为4.2Ω/cm，伸长率为1600％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例5：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂2mg/ml的银纳米线溶液与2mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络，重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为4次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为4Ω/cm，伸长率为1500％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例6：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂2mg/ml的银纳米线溶液与3mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络，重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为4次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为3.7Ω/cm，伸长率为1650％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例7：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂2mg/ml的银纳米线溶液与4mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络，重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为4次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为3.2Ω/cm，伸长率为1700％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例8：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂2mg/ml的银纳米线溶液与5mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络，重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为4次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为2.6Ω/cm，伸长率为1800％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
实施例9：
一种银纳米线-MXene复合螺旋状导电纤维的制备方法，依次进行以下步骤：
步骤1、使用四氢呋喃与DMF(1：1，w/w)制备7wt％纺丝溶液后，采用静电纺丝法在1200转、25℃条件下制备TPU纤维薄膜；
步骤2、将步骤1所得的TPU纤维薄膜在3.4mg/ml氢氧化钠溶液中60℃浸泡1h进行亲水处理，处理后在干燥烘箱中60℃烘干30min，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3、将步骤2得到的亲水薄膜按照8mm×100mm裁剪后进行机械加捻，在加捻过程中分别反复喷涂3mg/ml的银纳米线溶液与2mg/ml的MXene溶液，在干燥烘箱中60℃烘干15min，获得银纳米线与MXene导电网络，重复喷涂制备的导电网络，得到多层银纳米线-MXene导电网络加捻导电纤维,重复次数为4次；
步骤4、将步骤3得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续机械过捻得到银纳米线与MXene复合螺旋状导电纤维。
该银纳米线-MXene导电网络螺旋状导电纤维的电阻为4.9Ω/cm，伸长率为1300％，100％拉伸循环100次后电阻不变。
在上述实施例1-9中所制得的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维，包括内部的螺旋纤维层，以及覆盖在螺旋纤维层外侧的三维导线层，三维导电层由喷涂的银纳米线和喷涂的MXene构成，银纳米线为一维结构，MXene为二维结构。
银纳米线-MXene超弹智能导电纤维可以替代常规的纤维，使用在电子元件或电子元器上。
在上述实施例中，银纳米线导电性能十分优异，2mg/ml使导电网络已构成一维二维搭接，但银纳米线浓度继续增加会使其拉伸性能下降，通过实施例4与实施例9中的不同实验数值的对比，在银纳米线溶液到达3mg/ml时，制得的纤维的伸长率为1300％，与银纳米线溶液2mg/ml时的伸长率1500％相比降低200％，从而拉伸性能下降，故控制银纳米线溶液为2mg/ml，不再增加银纳米线浓度。
在上述的实施例中，经多次试验纺丝弹性效果测试，四氢呋喃与DMF制备成的纺丝溶液中各组分的含量为1:1时，静电纺丝溶液粘稠度合适，能够顺利出丝且纺出的纺丝弹性效果最好。此为现有技术，在此不作赘述。
在喷涂过程中，经过实验数据的记载及对比，反复喷涂4次能够使TPU纤维膜条表面均匀覆盖导电层，且不会引起导电层堆积的浪费。
上述实施例只是为了说明本发明的结构构思和特点，其目的在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效变化或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：制备纤维薄膜，使用四氢呋喃与DMF制备纺丝溶液，用静电纺丝技术纺制热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜；
步骤2：亲水处理，将步骤1所得的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜进行热碱亲水处理后烘干，使薄膜由疏水变亲水；
步骤3：纤维薄膜裁剪，将步骤2使用热碱亲水处理后得到的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜按标准进行裁剪，得到纤维薄膜膜条；
步骤4：薄膜加捻，将步骤3得到的纤维薄膜膜条使用电机进行加捻，并在加捻前与加捻过程中分别多次喷涂银纳米线溶液与MXene溶液，喷涂加捻后烘干，得到带有银纳米线与MXene导电网络的银纳米线-MXene复合导电网络纤维；
步骤5：薄膜过捻，将步骤4得到的银纳米线-MXene复合导电网络纤维继续过捻，得到银纳米线-MXene复合螺旋状高性能智能导电纤维。
2.根据权利要求1所述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：在所述步骤1中使用的纺丝溶液质量分数为7％，所述纺丝溶液中四氢呋喃与DMF比例为1：1。
3.根据权利要求1所述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：在所述步骤2中热碱亲水处理为浸泡60℃热碱，浸泡时间为2h，所述热碱溶液的浓度为3.4mg/ml。
4.根据权利要求1所述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：在所述步骤3中热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纤维薄膜的裁剪标准是纤维薄膜膜条的宽度为4-8mm，长度10cm。
5.根据权利要求1所述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：在所述步骤4中，银纳米线溶液为浓度为1-2mg/ml的银纳米线乙醇溶液，所述银纳米线乙醇溶液中的银纳米线的直径为100-130nm，长度为40-60μm；MXene溶液为浓度为1-5mg/ml的MXene水溶液，所述MXene水溶液中MXene的尺寸为1-5μm。
6.根据权利要求1所述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：在所述步骤4中，加捻前与加捻过程中分别喷涂银纳米线溶液与MXene溶液的次数不少于4次，喷涂加捻后烘干温度为60℃，烘干时间为15min。
7.根据权利要求1所述的银纳米线-MXene超弹智能导电纤维的制备方法，其特征是：在所述步骤5中得到的银纳米线-MXene复合螺旋状高性能智能导电纤维，包括螺旋纤维层，以及覆盖在螺旋纤维层外侧的三维导线层。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |