CN113737512A - 微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法及弹性导电纤维 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法及弹性导电纤维。该制备方法包括：将芯层长丝按预设牵伸比例进行预牵伸；配制包含第一导电材料和成膜物质的皮层溶液，然后包覆在预牵伸后的芯层长丝表面固化成膜，得到皮芯纤维；将皮芯纤维浸渍于第二导电材料分散液中溶胀涂覆，然后释放预牵伸应力，得到弹性导电纤维。本发明优选采用包含碳纳米管的溶液对预拉伸的长丝进行皮层包裹，然后在石墨烯分散液中浸渍溶胀，释放应力后，纤维表面能够形成特殊的三维螺旋多孔结构；一维碳纳米管和二维石墨烯片层还能在纤维表面及内部形成良好的导电通路，从而显著提高了纤维的可拉伸导电性能和表面形貌的粗糙度，能够很好地应用于可穿戴电子设备。

Description

微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法及弹性导电纤维

技术领域

本发明涉及功能纤维制备技术领域，尤其涉及一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法及弹性导电纤维。

背景技术

近年来，智能纺织品已得到广泛的研究和应用，为了开发适应性更好的智能纺织品，需要使用对外界刺激具有一定监测功能(如机械、热、化学、光、温度、电磁等)，并随之做出敏锐响应转换为可监测信号的柔性传感器。与刚性传感器不同，柔性传感器采用柔性材料制成，柔韧性好，可自由弯曲，与智能纺织品的贴合性能好，具有非常广泛的应用前景。

柔性可拉伸导电纤维作为一种理想的可穿戴柔性电子设备的制备材料，能够满足使用过程中的弯曲、拉伸等各种变形需求，实现了信息获取、传输、储能等器件的柔性化，受到了研究者们的广泛关注。因此，研究与开发柔性可拉伸的导电纤维具有重要意义。

目前，主要采用常规涂层或复合湿法纺丝等方法制备柔性导电纤维，还存在制备工艺复杂、导电稳定性差、结构单一、纤维较粗等缺点，限制了可拉伸传感的实际应用。

有鉴于此，有必要设计一种改进的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法及弹性导电纤维。本发明优选采用包含碳纳米管的溶液对预拉伸的长丝进行皮层包裹，然后在石墨烯分散液中浸渍溶胀后释放应力。纤维表面能够形成特殊的三维螺旋多孔结构，一维碳纳米管和二维石墨烯片层之间能够形成良好的导电通路，显著提高了纤维的可拉伸导电性能和表面形貌的粗糙度，可很好地应用于可穿戴电子设备。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，包括以下步骤：

S1.将芯层长丝按预设牵伸比例进行预牵伸；

S2.配制皮层溶液，所述皮层溶液中包含第一导电材料和成膜物质；

S3.将所述皮层溶液通过微流体涂层技术包覆在预牵伸后的芯层长丝表面固化成膜，得到皮芯纤维；

S4.将步骤S3得到的所述皮芯纤维浸渍于第二导电材料分散液中，进行溶胀涂覆，然后释放芯层长丝的预牵伸应力，得到弹性导电纤维；

其中，所述第一导电材料和第二导电材料分别为一维导电材料和二维导电材料中的一种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述一维导电材料为碳纳米管，所述二维导电材料为石墨烯及其衍生物。

作为本发明的进一步改进，所述第一导电材料为碳纳米管，所述第二导电材料为石墨烯；所述碳纳米管的含量为1wt％～10wt％；所述石墨烯分散液中石墨烯的含量为0.1wt％～5wt％。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述皮层溶液的溶剂为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂，用于在固化过程中产生多孔结构；所述成膜物质包括弹性成膜物质；在步骤S4中，所述石墨烯分散液的溶剂为能够微溶解所述成膜物质的混合溶剂。

作为本发明的进一步改进，所述成膜物质包括但不限于为SBS、PU、PVP中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述芯层长丝为横截面为非对称结构的弹性长丝；所述预设牵伸比例为0％-1200％。

作为本发明的进一步改进，所述弹性长丝是由若干根单丝组成的长丝集束，当预牵伸时，若干根单丝之间彼此压迫，使得所述弹性长丝的横截面呈非对称结构；所述弹性长丝的材料包括但不限于为聚氨酯、聚醚酯、聚烯烃、橡胶中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，采用微流控纺丝技术，将所述预牵伸后的芯层长丝从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将所述皮层溶液从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与所述预牵伸后的芯层长丝汇合，并包覆在其表面，待溶剂挥发后固化成膜。

作为本发明的进一步改进，所述微流体控制装置的内层通道和外层通道的横截面为偏心圆结构。

为实现上述目的，本发明还提供了一种弹性导电纤维，采用以上所述的制备方法制备得到。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，以第一导电材料和成膜物质一起包覆于芯丝表面，再浸渍在第二导电材料分散液中，溶胀涂覆，其中，第一导电材料和第二导电材料分别为一维导电材料和二维导电材料中的一种。如此操作，既能将一维和二维导电材料很好地与皮芯纤维复合，又能在包覆和牵伸过程中，形成一维和二维交错的导电通路，显著提高皮芯导电纤维的拉伸导电稳定性。优选以碳纳米管为第一导电材料，以石墨烯为第二导电材料，石墨烯溶液对皮层的成膜物质具有一定的微溶解性，使得石墨烯能够均匀地吸附于纤维表面及内部，与碳纳米管组成良好的导电通路。释放应力后，能够形成具有三维螺旋结构的弹性皮芯导电纤维。此种螺旋结构的弹性皮芯导电纤维具有良好的柔性和可拉伸导电性，而且制备工艺简单，可重复性高，能够用于柔性可拉伸器件的制备，例如用于柔性压力传感器的制备。

2.本发明提供的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，优选横截面为非对称结构的弹性长丝为芯层材料和具有弹性的成膜物质为皮层材料，在预牵伸状态下皮层材料包裹芯层长丝，并能随着弹性芯丝一起释放应力，更易形成微观的三维螺旋结构，而且螺旋结构规整度和可调控性高；同时表面还形成了褶皱和微孔结构，显著提高纤维表面形貌的丰富度，为石墨烯的溶胀吸附提供有效途径。

3.本发明提供的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，优选采用微流体涂层技术进行皮层包覆，芯层材料的弹性纤维长丝进入芯片通道时，始终保持处于预牵伸状态；微流控芯片可以精确地调控皮层溶液的流量，使得制备保持平衡，保证了纤维结构的均匀性。皮层溶液从芯片通道末端挤出后，会有挤出胀大的现象，能够更好地包裹在芯丝上。因此，本发明通过一步法制备得到表面具有多级结构的复合弹性皮芯纤维，皮层和芯层的结合牢度高，具有制备方法简单快速、对环境无污染，相对湿法纺丝的方法，不产生废液的优点。

附图说明

图1为弹性导电纤维的制备示意图；

图2为弹性导电纤维的导电网络结构示意图；

图3为微流控芯片的C型结构示意图；

图4为实施例1制备的弹性导电纤维不同放大倍率下的SEM图；

图5为实施例1制备的弹性导电纤维的实物照片；

图6为实施例1制备的弹性导电纤维的伸长率-断裂强力曲线；

图7为实施例1制备的弹性导电纤维的伸长率-电阻变化率曲线；

图8为实施例1制备的弹性导电纤维的循环应变为100％的电阻变化率-时间曲线；

图9为实施例1制备的弹性导电纤维的循环应变为400％的电阻变化率-时间曲线；

图10为实施例1制备的弹性导电纤维的循环应变为600％的电阻变化率-时间曲线；

图11为实施例1制备的弹性导电纤维的循环应变为800％的电阻变化率-时间曲线；

图12为实施例1制备的弹性导电纤维的循环应变为1000％的电阻变化率-时间曲线；

图13为实施例1制备的弹性导电纤维在生理盐水洗涤前后的电阻-时间变化图；

图14为实施例1制备的弹性导电纤维的拉伸实物图；

图15为实施例2制备的弹性导电纤维在不同放大倍率下的SEM图；

图16为实施例2制备的弹性导电纤维的伸长率-断裂强力曲线；

图17为实施例2制备的弹性导电纤维的循环应变为100％的电阻变化率-时间曲线；

图18为实施例2制备的弹性导电纤维的循环应变为400％的电阻变化率-时间曲线；

图19为实施例2制备的弹性导电纤维的循环应变为500％的电阻变化率-时间曲线；

图20为实施例3制备的弹性导电纤维在不同放大倍率下的SEM图；

图21为实施例4制备的弹性导电纤维在不同放大倍率下的SEM图；

图22为本发明基于微流体涂层技术制备弹性导电纤维的装置的结构示意图。

图中，1-芯层长丝；11-皮层溶液；12-皮芯纤维；13-弹性导电纤维；

2-压力控制器；3-第一导轮；4-第二导轮；5-微流控芯片；6-液体注射器；7-加热固化装置；7-1-红外加热灯；7-2-温度传感器；8-温度控制器；9-减速装置；10-络筒装置；11-平台支架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本发明提供的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，包括以下步骤：

S1.将芯层长丝1按预设牵伸比例进行预牵伸；

S2.配制皮层溶液11，皮层溶液11中包含第一导电材料和成膜物质；

S3.将皮层溶液11通过微流体涂层技术包覆在预牵伸后的芯层长丝1表面固化成膜，得到皮芯纤维12；

S4.将步骤S3得到的皮芯纤维浸渍于第二导电材料分散液中，进行溶胀涂覆，然后释放芯层长丝1的预牵伸应力，得到弹性导电纤维13。

其中，第一导电材料和第二导电材料分别为一维导电材料(例如碳纳米管)和二维导电材料(例如石墨烯及其衍生物)中的一种。例如，第一导电材料为碳纳米管，第二导电材料为石墨烯，或者第一导电材料为石墨烯，第二导电材料为碳纳米管。一维导电材料优选为碳纳米管，二维导电材料优选为石墨烯及其衍生物。

请参阅图2所示，通过采用上述技术方案，本发明优选以碳纳米管和成膜物质为皮层材料，以预拉伸的芯层长丝1为芯层材料，碳纳米管和成膜物质一起包覆于芯层长丝1表面；接着在石墨烯分散液中溶胀涂覆，该溶液对皮层的成膜物质具有一定的微溶解性，使得石墨烯能够均匀地吸附于纤维表面及内部，与碳纳米管组成良好的导电通路。释放应力后，能够形成具有三维螺旋结构的弹性皮芯导电纤维。此种螺旋结构的弹性皮芯导电纤维具有良好的柔性和可拉伸导电性，而且制备工艺简单，可重复性高，能够用于柔性可拉伸器件的制备，例如用于柔性压力传感器的制备。

在步骤S2中，皮层溶液11中碳纳米管的含量为1wt％～10wt％，优选为2wt％～8wt％，更优选为4wt％～6wt％。皮层溶液11中的成膜物质选自PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、PU等，皮层溶液11中优选包括弹性成膜物质。成膜物质包括但不限于为SBS、PU。选用弹性成膜物质，能够随着弹性芯丝一起释放应力，能够形成具有褶皱结构和多孔结构的表面形貌。通过皮层和芯层弹性材料的适当搭配，能够得到表面形貌丰富、可拉伸性好(即反复拉伸时皮层材料的结合牢度高，不易被破坏)的皮芯纤维。

皮层溶液11的溶剂为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂，用于在固化过程中产生多孔结构。例如甲苯/乙酸乙酯、甲苯/丙酮、乙醇/丙酮等，固化过程溶剂梯度挥发发生相分离过程，在纤维表面形成微孔结构，使得纤维具有较大的表面粗糙度，有利于导电等功能物质与纤维的结合。在此过程中，能够通过调节皮层材料的浓度(15-25％)、环境温度(20-40℃)、湿度(40％-60％)等参数，对固化过程进行调控，进而对复合纤维的螺旋结构与表面形貌进行调控。

在步骤S4中，石墨烯分散液中石墨烯的含量为0.1wt％～5wt％，优选为0.1wt％～2wt％，更优选为0.2wt％～1wt％。在步骤S4中，石墨烯分散液的溶剂为能够微溶解成膜物质的混合溶剂，例如环己烷与乙醇组成的混合溶剂，环己烷和乙醇的体积比优选为1:5。该溶剂能对皮层的成膜物质微溶解，又不会完全溶解破坏皮芯结构，从而使得石墨烯更好地吸附在纤维表面和内部，以低含量的导电物质实现较好的导电效果，节约成本。

在步骤S1中，芯层长丝1优选为横截面为非对称结构的弹性长丝。本发明实验结果表明，采用非对称结构的弹性长丝，在预牵伸状态下被皮层材料包裹，释放应力后，更易形成微观的三维螺旋结构，而且螺旋结构规整度和可调控性高。

优选地，弹性长丝是由若干根(例如6-20根，优选为8、10、12根)单丝组成的长丝集束，当预牵伸时，若干根单丝之间彼此压迫，使得弹性长丝的横截面呈非对称结构。单丝的直径为0.5～100μm，横截面优选为规则圆形；弹性长丝的细度为40-140D，在截面上呈非对称结构。

弹性长丝的材料包括但不限于为聚氨酯、聚醚酯、聚烯烃、橡胶中的一种或多种，优选为聚氨酯长丝或橡胶丝或其复合长丝。预设牵伸比例为0％-1200％，优选为100％～1000％，更优选为100％～600％，更优选为200％～400％，在实际应用中，可根据芯丝性能及皮芯纤维的需求性能，对牵伸比例进行调节。通过对弹性长丝进行不同程度的预牵伸，能够对弹性皮芯复合纤维的螺旋结构进行调控，如螺旋角等。

优选采用微流控纺丝技术，请参阅图22所示，为本发明采用的一种基于微流体涂层技术的装置，包括微流体控制装置和长丝牵伸装置，微流体控制装置的芯片包括至少两个同轴的C型通道(即内切的偏心圆结构(如图3所示的C型结构)，皮层溶液从末端挤出后，会有挤出胀大的现象，c型口挤出胀大后，能更好地包裹在芯丝上)；长丝牵伸装置将芯层长丝从内层通道牵伸至出口，皮层微流体溶液从外层通道挤出并与芯层长丝汇合，实现基于微流体涂层技术的固液包覆，得到皮芯纤维。

将预牵伸后的芯层长丝1从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将皮层溶液11从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与预牵伸后的芯层长丝汇合，并包覆在其表面，待溶剂挥发后固化成膜；然后牵伸至石墨烯分散液中，溶胀涂覆；最后再释放应力。如此操作，芯层材料的弹性纤维长丝进入芯片通道时，始终保持处于预牵伸状态；微流控芯片可以精确地调控皮层溶液的流量，使得制备保持平衡，保证了纤维结构的均匀性。释放预牵伸应力，弹性长丝自然回缩，制备出具有三维螺旋结构弹性皮芯纤维。

长丝牵伸装置包括压力控制器2、减速装置9以及第一导轮3和第二导轮4；压力控制器2和第一导轮3设置于芯片的通道入口之前的位置，减速装置9和第二导轮4设置于芯片的通道出口之后的位置；用于将芯层长丝1从压力控制器2导出，并通过第一导轮3从芯片的芯层通道入口导入，然后从出口导出，经第二导轮4牵引至减速装置9；压力控制器2向芯层长丝1施加压力，减速装置9向芯层长丝1施加牵伸力。压力控制器2与减速装置9之间配合，其中减速装置9配备有电机作为主动装置，压力控制器2未配备电机，仅提供压力作为从动装置。

特别地，压力控制器2设置于平台支架上，微流控芯片5的通道垂直与水平面设置，使得芯层长丝1垂直于水平面拉伸出来，并通过第二导轮4平行水平面传送至减速装置。如此设置，能够使得皮层溶液在重力与表面张力作用下，在出口处向下扩散、流动，出口处的皮层溶液由连续运动中的芯层长丝1带走，皮层溶液在芯层长丝1表面流动固化后包裹在芯层长丝1表面。相比水平拉伸，能够提高皮层包覆的均匀度。

本发明基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置还包括加热固化装置7，加热固化装置7设置于芯片的通道的出口端，用于加速皮层溶液的固化。皮层溶液通过液体挤出装置(液体注射器6)和连接导管注射至微流控芯片5内，液体注射器6还可为双通道或多通道注射器，多液体注射器内装有多种聚合物组分以实现制备纤维含有多组分、多功能要求。

具体地，加热固化装置7包括红外加热灯7-1，温度传感器7-2，的红外加热灯7-1、温度传感器7-2与温度控制器8连接，实现温度的智能控制。红外加热灯7-1可替换为紫外线加热固化灯。

在一些实施方式中，本发明基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置还包括络筒装置10，其与减速装置9有一定速度差，用于将得到的皮芯纤维进行卷曲状态下的打包卷绕。

纺丝装置内还可设置排风装置，使得整个制备过程在一个安全通风的环境下进行。

具体地，聚合物溶液由注射泵注入微流体控制装置的外通道中，在出口处与弹性长丝汇合，聚合物溶液由于重力与表面张力，在出口处开始向下扩散、流动，出口处的聚合物溶液由连续运动中的弹性长丝带走，聚合物溶液在PU长丝表面流动固化后包裹在PU表面。由于溶剂的快速挥发，聚合物溶液在弹性长丝表面快速固化成膜，形成具有皮芯结构的复合弹性纤维。调控聚合物溶液的流量与弹性长丝的收卷速度，可达到动态平衡状态，实现连续制备。由于内外层材料的回缩率差异，经预牵伸的PU释放拉伸应力后，纤维回缩到稳定状态，复合纤维形成三维螺旋结构。

实施例1

一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，包括以下步骤：

S1.芯材选择140D的PU长丝，预牵伸为200％。

S2.配制皮层溶液：将丙酮与甲苯配置成混合比为1:1的混合溶剂，将6wt％的CTNs分散到混合溶剂中；然后称取适量的SBS母粒缓慢地加入到混合溶剂中，常温下磁力搅拌12h直至SBS颗粒完全溶解，配得质量分数为15％的CTNs/SBS溶液。

S3.利用微流控纺丝技术，通过微流控芯片通道设计，以CTNs/SBS溶液为皮层，包裹在经预牵伸的芯层PU长丝表面，在芯片出口处，包裹在PU长丝表面的CTNs/SBS溶液快速固化成膜，而后释放预牵伸应力，PU纤维自然回缩，制备出具有三维螺旋结构的CTNs/SBS/PU皮芯复合弹性纤维。(固化环境温度为20℃，相对湿度为40％。)

S4.将环己烷与乙醇配置成体积比为1:5的混合溶剂，称取一定体积的石墨烯分散液缓慢地加入到混合溶剂中，常温下磁力搅拌1h，并在超声波清洗机中超声分散处理3h，制得石墨烯固含量为0.84％的混合溶胀溶液。

将步骤S3得到的皮芯复合弹性纤维浸渍于石墨烯分散液中，进行溶胀涂覆，然后释放芯层长丝的预牵伸应力，得到弹性导电纤维。

请参阅图4和5所示，可以看出，弹性导电纤维呈现均匀的微观及宏观螺旋结构，表面微孔被部分溶解。

请参阅图6所示，可以看出，本实施例制备的弹性导电纤维最大断裂伸长率可达到1057％。

请参阅图7所示，可以看出，电阻变化率是随着伸长率的增加而增加的，呈幂函数式增长。伸长率在700％左右时，电阻变化率的趋势趋于平缓。

请参阅图8所示，可以看出，在100％的循环应变下，电阻变化率维基本持在26％，释放牵伸力之后电阻的变化率仍可以回到初始值，说明PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维的拉伸导电稳定性好。

请参阅图9所示，可以看出，在应变为400％的条件下，PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维的电阻变化率基本稳定在32％左右，且稳定性好，说明PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维的电阻稳定性很好。

请参阅图10所示，可以看出，在应变为600％的条件下，电阻变化率基本维持在30％-40％这个区间内，进行小范围波动，释放牵伸力之后，电阻变化率稳定维持在5％。

请参阅图11所示，可以看出，在应变为800％的条件下，PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维电阻变化率基本维持在20％-30％这个区间内进行波动。

请参阅图12所示，可以看出，PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维电阻变化率基本维持在20％-30％这个区间内进行波动，仍具有一定的回复性。

请参阅图13所示，可以看出，PU/SBS/CNTs/G导电复合纤维具有一定的耐生理盐水的性能。生理盐水可以类比于我们人体运动时所流的汗水，从而可以把PU/SBS/CNTs/G导电复合纤维运用到我们平时所穿的服饰里，由于其具有一定的抗汗性能，即使是在运动状态下也可以维持其基本功能。

请参阅图14所示，可以看出，PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维复合纤维柔性传感可以从0％拉伸到600％，并且传感器可以恢复到其原始状态而表面结构不会出现明显结构改变，因此PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维柔性传感器具有高弹性，可用于柔性可拉伸器件的制备，例如用于柔性压力传感器的制备。由于弹性导电复合纤维的拉伸时的导电稳定性良好，因此用于压力传感时，拉伸或压缩的传感灵敏度和准确度高，检测阈值范围宽。

实施例2

一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于：无SBS层，及未包覆皮层溶液，PU预牵伸为200％。最终，纤维为直线结构，PU纤维表面含有石墨烯片层，具有导电性。

请参阅图15所示，可以看出，由于PU/G导电复合纤维没有SBS皮层，不具有三维螺旋结构和表面微孔结构。

请参阅图16所示，可以看出，由于PU/G导电复合纤维没有SBS皮层，曲线斜率比较平均，当伸长率达到550％左右时，PU/G导电复合纤维被拉伸断裂，拉伸断裂强力明显低于实施例1的。

请参阅图17所示，可以看出，在应变为100％的条件下，PU/G导电复合纤维的电阻变化率是随着时间逐渐变大的，电阻变化率由最开始的32％逐渐增加到37％左右。在100s之后，释放牵伸力，电阻的变化率无法恢复到初始值，说明PU/G导电复合纤维的电阻稳定性不如PU/SBS/CNTs/G弹性导电复合纤维的好。

请参阅图18所示，可以看出，应变为400％的条件下，PU/G导电复合纤维的电阻变化率是随着时间逐渐变大的，电阻变化率由最开始的45％逐渐增加到55％左右。释放牵伸力之后电阻的变化率无法恢复到初始值。

请参阅图19所示，可以看出，在应变为500％的条件下，PU/G导电复合纤维的电阻变化率是随着时间逐渐变大的，电阻变化率由最开始的47％逐渐增加到55％左右。

实施例3

一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于：皮层无CNTs材料，并且未通过石墨烯分散液进行溶胀处理，由于热致相分离的原因，该纤维保持均匀螺旋结构，表面具有微孔，但纤维不导电。

请参阅图20所示，可以看出，纤维为螺旋结构，表面微孔均匀分布。

实施例4

一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于：未通过石墨烯分散液进行溶胀处理。

请参阅图21所示，可以看出，纤维仍为螺旋结构，但由于CNTs的存在，表面微孔减少。而且由于内部的碳纳米管导电通路不连续，纤维不导电。

综上，本发明提供的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，采用包含碳纳米管的溶液对预拉伸的长丝进行皮层包裹，然后在石墨烯分散液中浸渍溶胀，该分散液对皮层的成膜物质具有一定的微溶解性，使得石墨烯能够均匀地吸附于纤维表面及内部。释放应力后，一方面，纤维表面能够形成特殊的三维螺旋多孔结构；另一方面，一维碳纳米管和二维石墨烯片层能够在纤维表面及内部形成良好的导电通路，从而显著提高了纤维的可拉伸导电性能和表面形貌的粗糙度，能够很好地应用于可穿戴电子设备。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将芯层长丝按预设牵伸比例进行预牵伸；

S2.配制皮层溶液，所述皮层溶液中包含第一导电材料和成膜物质；

S3.将所述皮层溶液通过微流体涂层技术包覆在预牵伸后的芯层长丝表面固化成膜，得到皮芯纤维；

S4.将步骤S3得到的所述皮芯纤维浸渍于第二导电材料分散液中，进行溶胀涂覆，然后释放芯层长丝的预牵伸应力，得到弹性导电纤维；

其中，所述第一导电材料和第二导电材料分别为一维导电材料和二维导电材料中的一种。

2.根据权利要求1所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述一维导电材料为碳纳米管，所述二维导电材料为石墨烯及其衍生物。

3.根据权利要求2所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，所述第一导电材料为碳纳米管，所述第二导电材料为石墨烯；所述碳纳米管的含量为1wt％～10wt％；所述石墨烯分散液中石墨烯的含量为0.1wt％～5wt％。

4.根据权利要求3所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述皮层溶液的溶剂为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂，用于在固化过程中产生多孔结构；所述成膜物质包括弹性成膜物质；在步骤S4中，所述石墨烯分散液的溶剂为能够微溶解所述成膜物质的混合溶剂。

5.根据权利要求1所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，所述成膜物质包括但不限于为SBS、PU、PVP中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述芯层长丝为横截面为非对称结构的弹性长丝；预设牵伸比例为0％-1200％。

7.根据权利要求6所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，所述弹性长丝是由若干根单丝组成的长丝集束，当预牵伸时，若干根单丝之间彼此压迫，使得所述弹性长丝的横截面呈非对称结构；所述弹性长丝的材料包括但不限于为聚氨酯、聚醚酯、聚烯烃、橡胶中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，在步骤S3中，采用微流控纺丝技术，将所述预牵伸后的芯层长丝从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将所述皮层溶液从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与所述预牵伸后的芯层长丝汇合，并包覆在其表面，待溶剂挥发后固化成膜。

9.根据权利要求8所述的微流体涂层技术制备弹性导电纤维的方法，其特征在于，所述微流体控制装置的内层通道和外层通道的横截面为偏心圆结构。

10.一种弹性导电纤维，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备得到。

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