纳米功能化蚕丝织物的制备及其在可穿戴领域的应用研究

发布时间：2017-11-18 15:02

  本文关键词：纳米功能化蚕丝织物的制备及其在可穿戴领域的应用研究

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【摘要】：蚕丝是一种天然的动物蛋白质纤维,由熟蚕分泌丝液凝固而成。由于其具有优雅的光泽、华丽的外观、柔软的手感、良好的吸湿性和透气性,深受人们的喜爱,素有“人体第二皮肤”之称。然而,蚕丝的光致老化变黄、易滋生细菌和易变皱等缺点阻碍了蚕丝制品在时尚服饰上的广泛使用。随着当代小型化、智能化可穿戴商品的盛行,传统的丝织产品已经满足不了人们对时尚与智能的追求。因此,为了拓宽蚕丝的应用,近年来,国内外对蚕丝表面改性、蚕丝表面功能化做了大量的研究。随着纳米技术的飞速发展,科学家们合成了很多具有特殊结构和功能的纳米材料,并将其与蚕丝结合以克服蚕丝固有缺陷。蚕丝与Ag、Au、ZnO、TiO2等纳米颗粒的结合使其具有良好的抗菌性能;导电聚合物、金属粒子及石墨烯等导电纳米材料与蚕丝的结合赋予了蚕丝导电性能,使得蚕丝在传感和可穿戴领域有了新的可能;ZnO纳米棒矩阵与蚕丝的结合将蚕丝功能性发展到了一个新的高度,开启了蚕丝纤维在智能可穿戴领域的大门。然而,在赋予蚕丝功能性过程中,修饰方法及纳米材料本身对蚕丝结构的破坏严重制约了纳米功能化蚕丝的实际应用。功能性与环境友好性的兼容问题是蚕丝功能化及其可穿戴应用的关键。因此,在不改变蚕丝本身属性的情况下,选取合适的纳米材料赋予蚕丝抗菌、抗紫外线、阻燃多功能性,制备高导电蚕丝纤维及发展新的方法将ZnO纳米棒矩阵修饰到蚕丝上制备压电传感器对实现蚕丝智能化可穿戴等研究具有重要意义。基于以上研究背景,本论文主要包括以下几个方面的内容:第一章为绪论部分。首先,介绍蚕丝的发展历史、本身的结构组成、优势、缺点及应用;其次,重点介绍了近些年来纳米材料改性蚕丝纤维、智能可穿戴纤维及氧化锌纳米棒压电传感器的概况;最后介绍了本论文的选题思路和研究内容。第二章为本论文中所使用到的试验方法以及仪器表征方法。第三章为氧化铈纳米粒子(CeO2 NPs)修饰蚕丝布的制备及其抗菌/抗紫外线应用。本实验通过层层浸涂方法将CeO2 NPs修饰到蚕丝表面,赋予蚕丝抗紫外线、抗菌、阻燃等性能。试验表明,CeO2 NPs功能化的蚕丝纤维具有很好的紫外防护性能,并对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌四种菌有一定的抑菌性能。同时,CeO2 NPs功能化的蚕丝布具有很好的生物相容性,对人体表皮黑色素细胞的生长无抑制作用。第四章为利用石墨烯层层包裹-还原方法制备导电蚕丝纤维。本章中,我们通过浸润-还原方法制备了高导电蚕丝纤维并优化循环浸润-还原次数,找到最佳导电率。通过该方法,得到蚕丝布的薄片电阻为1.5 KΩ/Sq,单根蚕丝纤维的电导率高达3595 S/m,是目前报道导电天然纤维的最大导电率。第五章为电沉积ZnO纳米棒阵列修饰导电蚕丝布的制备及其压电生理传感应用。以高导电石墨烯修饰蚕丝布为基底,在不破坏蚕丝结构的前提下,通过温和的电沉积方法将ZnO纳米棒矩阵沉积到蚕丝织物上。利用ZnO纳米棒的压电性质,将人体机械运动能量转化为电能,制作了压电式传感器,并将其成功用于人体手指的按压、扭曲、弯曲等机械运动检测。此外,应用该器件检测了人体的心跳、呼吸、咳嗽及歌唱等,结果显示其能准确的分析人体的心跳频率及呼吸频率,区分出咳嗽及高音低音歌声。第六章为总结与展望。总结了本论文的研究内容,并对将来进一步的研究工作进行了展望。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TS146

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本文编号：1200165