生物质基纤维织物电极的制备及其应用

发布时间：2020-04-13 12:22

【摘要】：随着电子产品的发展,可穿戴电子产品受到越来越多的人的关注。可穿戴式感应器、能量捕捉器和能量储存器等是研究的热点。可穿戴电子产品的关键材料是织物电极,用作可穿戴电子产品的电极需要具有优异的导电性和洗涤稳定性。织物电极的基体材料多采用常用的织物,负载导电层制备织物电极,合成高分子纤维本身不含有功能基团,而生物质基纤维含有大量的功能基团,有利于提高导电层的稳定性。因此以生物质基纤维为基体材料,寻找制备具有优异导电性和耐洗涤性的织物电极的方法是一个重要的研究方向。本文以金属银为导电成分,以壳聚糖和纤维素纤维织物为基体,采用原位还原法和涂覆法,制备了具有优良导电性和良好环境稳定性的织物电极,表征了镀银织物的表面形貌、结晶性、热稳定性、表面疏水性等性能,并研究了织物电极对人体运动时心电图(ECG)的捕捉。1、以壳聚糖纤维织物为基体,采用托伦合成法,葡萄糖还原银氨离子([Ag(NH_3)_2]~+),在壳聚糖纤维表面负载一层均匀的银纳米颗粒(AgNPs),制备得到织物电极。实验结果表明:纤维表面的银粒子呈现金属状态,形成了一层均匀的银层,银层紧密且完全覆盖住壳聚糖纤维表面。镀银纤维织物表面呈现疏水性。当镀银量为2 g/g时,织物电极的方块电阻为0.12Ω/sq,经过60次洗涤后,方块电阻增加为4.91Ω/sq。与壳聚糖织物相比,织物电极的热稳定性提高,但是断裂强力和伸长率降低。2、以壳聚糖纤维织物为基体材料,不加任何还原剂,利用壳聚糖本身的还原性,在壳聚糖纤维表面负载一层AgNPs,然后涂覆银纳米线(AgNWs),利用金属间的相互作用力提高导电银层的稳定性,制备得到织物电极。结果表明:壳聚糖对硝酸银(AgNO_3)具有较强的还原性,原位还原后,纤维表面负载大量密集和均匀的AgNPs,尺寸大约为50 nm。纤维表面的银含量随着AgNO_3浓度的增加而增加。经AgNO_3氧化后,壳聚糖的结晶度下降了。多次重复浸渍涂布能提高壳聚糖织物表面AgNWs的含量,从而提高了织物的导电性。织物表面吸附的AgNWs含量与织物表面的AgNPs含量有关。至少三次浸涂才能得到电阻低于1Ω/sq的织物。银涂层对织物的耐热性影响较小。织物的抑菌效果随银含量的增加而增大。3、改用溶胀性更弱的平织纤维素织物为基体材料,首先采用多元醇法制备AgNWs,然后利用聚乙烯醇(PVA)的粘合作用,将PVA和AgNWs混合物涂覆在纤维素织物表面。戊二醛(GA)作为交联剂,改善镀银织物表面PVA的亲水性,提高导电银层的洗涤稳定性,制备得到织物电极,并将其应用于捕捉人体运动时的ECG。实验结果表明:AgNWs和PVA在纤维素纤维织物表面交联在一起,形成均匀的AgNWs导电层,多元醇法制备得到的AgNWs优先取向(111)晶面,织物电极具有良好的热稳定性,织物电极的方块电阻为0.4Ω/sq,织物电极的抗菌效率为99.9%以上。将制备得到的织物电极嵌入智能服装中,应用于捕捉人体运动时的ECG,得到的ECG正常,可用于测量人体心率。随着运动速度的增加,心率增加,ECG的波形幅度也稍微地增加,同时,杂波的数量随着运动速度的增加而增多。经过100小时的洗涤后,织物电极的电阻增加到0.68Ω/sq,ECG的QRS波和T波依然可见。
【图文】：

能量图,能量图,人体,人体运动

人体每天的活动也会产生大量的能量，如图1-1 所示。从环境或人体运动中收集能量是下一代可穿戴电子系统的需求，而不是依赖于可充电电池电源。对于可穿戴电子产品来说，从环境或人体运动中获取能量，具有吸引力和技术可行性。图 1-1 人体日常活动产生的能量图[1]Figure 1-2 Energy generated by daily activities of the human body

壳聚糖纤维,织物,银复合

采用美国 TA 公司 Q500 热重分析仪测定壳聚糖纤维织物和壳聚糖/银复合织物的热重曲线图，分析样品的热稳定性。测试条件：N2流量为 25mL/min；30℃-650℃，升温速率为 10℃/min。2.2.3.8 机械性能分析将壳聚糖纤维织物和壳聚糖/银复合织物剪切成一定大小，室温下置于 Instron5565拉伸压缩材料试验机中，设置好参数，，采用拉伸法进行测试，得到各个样品的应力-应变曲线。2.3 结果与讨论2.3.1 表面形貌和表面性能分析2.3.1.1 表面形貌
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS106;TH77

【参考文献】