电阻式编织绳柔性应变传感器的制备及性能评价
发布时间：2021-12-17 12:51
随着可穿戴设备的迅速发展,其中的关键性元件—柔性传感器的开发和使用也得到越来越多的研究和重视。柔性传感器开发的关键是要满足人体服用和运动的需要。由纺织工艺制备的一维柔性应变式传感器凭借其天然的优势,可以满足亲肤和各种二次加工的需求,已经成为开发柔性传感器的重要平台之一。目前,典型一维柔性应变传感器有纱线类、绳类。其中,纱线类传感器的制备已被广泛研究,通常采用包缠法制备皮芯结构的导电纱线,或直接对不导电纱线进行导电处理。这类纱线传感器的制备流程比较简单,但是这类传感器的应变传感性能,诸如重复性和稳定性很大程度上取决于纱线制备工艺及敏感材料制备方法。相对而言,绳类应变传感器近年来受到关注,已初步证实了编织绳用作应变传感器的可能性:采用编织工艺一体交叉成型,稳定性高,并且其形成的交叉电路有利于拉伸过程中接触电阻的改变形成不同的导电通路。但目前很少关注编织绳的加工工艺与传感性能之间的关系。针对目前绳状一维柔性应变传感器的研究现状,本课题制备了一种基于编织绳结构的一维柔性应变传感器,将涤纶复丝采用编织工艺包在高弹性氨纶芯纱表面,形成皮芯结构编织绳,然后采用聚吡咯原位聚合的方式进行导电处理,得到编...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PU/PEDOT：PSS纤维直接编织成纱线
东华大学硕士论文第二章一维线性柔性应变传感器的研究进展6图2-1PU/PEDOT：PSS纤维直接编织成纱线Lee[16]等人采用湿法纺丝法，制造了由银纳米线（AgNWs）和银纳米颗粒（AgNPs）嵌入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）弹性体基质中组成的高拉伸导电纤维。由于高含量的导电填料和高拉伸性SBS的弹性体基质，该导电拉伸纤维具有优异的初始电导率和断裂伸长率（900％应变）。在拉伸过程中，嵌入的AgNW充当AgNP之间的导电桥，从而在高应变下依旧保持了导电性。嵌入AgNW的导电纤维在广泛的拉伸应变范围内表现出应变感应行为。可以将AgNW增强的高度可拉伸的导电纤维嵌入到智能手套中，以检测手语，从而可以成功感知人的动作。图2-2湿法纺丝制备导电纤维2016年，Zhong[17]等人将导电纳米纤维墨水注入硅模具直接成型来制备电子纺织品。交织的弹性POE纳米纤维和PPy@PVA-coPE纳米纤维组成的导电纺织品具有可调节的有效弹性模量，该弹性模量能够捕获变化的应变和应力，从而对压力感测具有较高的灵敏度。Wang[18]等人将丝纤维通过简单的碳化过程制造了具有高灵敏度和高拉伸性的可穿戴式应变传感器。将碳化的丝纤维编织成碳化机织物应用于柔性电子设备。该传感器具有快速响应和高耐用性，并且可以检测人体的微妙运动。2017年，Zhang[19]等人通过将棉纤维碳化来制备高灵敏度可穿戴应变传感器。由于棉纤维来源丰富，经济高效。这种制备工艺具有低成本，装置制造简单和通
东华大学硕士论文第二章一维线性柔性应变传感器的研究进展7用性强的优点。并且具有较大的可工作应变范围，出色的灵敏度，可以检测到低至0.02％的细微应变。Cooper[20]等人将液态金属注入中空且极易拉伸的弹性纤维的芯中，然后将所得的纤维缠绕成螺旋状来制备一维柔性应变传感器，扭曲或拉长两个纤维的缠结束会增加纤维之间的接触面积，从而产生传感效应。图2-3金属灌模制备导电纱线随着石墨烯（graphene）、碳纳米管（CNT）的兴起，有研究将碳纳米管直接纺成纱线制备应变传感器，得到的传感器性能稳定，电阻与应变呈线性关系，可用于探测微小应变。2016年Chen[21]等人开发了基于银纳米线/石墨烯杂化颗粒应变传感器，通过简单的共沉淀，还原，真空过滤和铸造工艺制成。由于界面不均匀，界面键合弱以及杂化颗粒的点对点导电网络，预拉伸后很容易形成裂纹和重叠形态。该应变传感器显示出对弯曲的良好响应，较高的应变分辨率和较高的工作稳定性，并已成功用于检测微应变。2019年，TIAN[22]等人通过湿纺技术然后进行热拉伸，生产出可拉伸的PEDOT/PSS导电纤维。湿纺参数对湿纺PEDOT/PSS纤维性能的影响研究表明，热牵伸和流速对纤维性能均产生重大影响。并且通过引入共聚物PBP来对纤维进行工程设计，该共聚物PBP可同时改变原始PEDOT/PSS的电气和机械性能，并系统地研究了PBP分数对PEDOT/PSS纤维的电导率和机械性能的影响。拉曼光谱和XRD光谱的结构分析表明，添加PBP会在PEDOT链中产生构象变化，
【参考文献】：
期刊论文
[1]纺织结构柔性器件与智能服装[J]. 张辉. 纺织高校基础科学学报. 2017(04)
[2]应变式传感器的原理及对应变片性能的测定[J]. 刘巍. 科技经济市场. 2015(02)
[3]银沉积导电锦纶的制备工艺[J]. 崔旭,张华鹏,陈建勇,谢玉福. 纺织学报. 2011(06)
[4]智能柔性传感器的应用及其发展前景[J]. 刘敏,庄勤亮. 纺织科技进展. 2009(01)
硕士论文
[1]面向人体上肢运动监测的聚吡咯涂层机织物机电性能评价[D]. 张晓峰.东华大学 2016
本文编号：3540158
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PU/PEDOT：PSS纤维直接编织成纱线
东华大学硕士论文第二章一维线性柔性应变传感器的研究进展6图2-1PU/PEDOT：PSS纤维直接编织成纱线Lee[16]等人采用湿法纺丝法，制造了由银纳米线（AgNWs）和银纳米颗粒（AgNPs）嵌入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）弹性体基质中组成的高拉伸导电纤维。由于高含量的导电填料和高拉伸性SBS的弹性体基质，该导电拉伸纤维具有优异的初始电导率和断裂伸长率（900％应变）。在拉伸过程中，嵌入的AgNW充当AgNP之间的导电桥，从而在高应变下依旧保持了导电性。嵌入AgNW的导电纤维在广泛的拉伸应变范围内表现出应变感应行为。可以将AgNW增强的高度可拉伸的导电纤维嵌入到智能手套中，以检测手语，从而可以成功感知人的动作。图2-2湿法纺丝制备导电纤维2016年，Zhong[17]等人将导电纳米纤维墨水注入硅模具直接成型来制备电子纺织品。交织的弹性POE纳米纤维和PPy@PVA-coPE纳米纤维组成的导电纺织品具有可调节的有效弹性模量，该弹性模量能够捕获变化的应变和应力，从而对压力感测具有较高的灵敏度。Wang[18]等人将丝纤维通过简单的碳化过程制造了具有高灵敏度和高拉伸性的可穿戴式应变传感器。将碳化的丝纤维编织成碳化机织物应用于柔性电子设备。该传感器具有快速响应和高耐用性，并且可以检测人体的微妙运动。2017年，Zhang[19]等人通过将棉纤维碳化来制备高灵敏度可穿戴应变传感器。由于棉纤维来源丰富，经济高效。这种制备工艺具有低成本，装置制造简单和通
东华大学硕士论文第二章一维线性柔性应变传感器的研究进展7用性强的优点。并且具有较大的可工作应变范围，出色的灵敏度，可以检测到低至0.02％的细微应变。Cooper[20]等人将液态金属注入中空且极易拉伸的弹性纤维的芯中，然后将所得的纤维缠绕成螺旋状来制备一维柔性应变传感器，扭曲或拉长两个纤维的缠结束会增加纤维之间的接触面积，从而产生传感效应。图2-3金属灌模制备导电纱线随着石墨烯（graphene）、碳纳米管（CNT）的兴起，有研究将碳纳米管直接纺成纱线制备应变传感器，得到的传感器性能稳定，电阻与应变呈线性关系，可用于探测微小应变。2016年Chen[21]等人开发了基于银纳米线/石墨烯杂化颗粒应变传感器，通过简单的共沉淀，还原，真空过滤和铸造工艺制成。由于界面不均匀，界面键合弱以及杂化颗粒的点对点导电网络，预拉伸后很容易形成裂纹和重叠形态。该应变传感器显示出对弯曲的良好响应，较高的应变分辨率和较高的工作稳定性，并已成功用于检测微应变。2019年，TIAN[22]等人通过湿纺技术然后进行热拉伸，生产出可拉伸的PEDOT/PSS导电纤维。湿纺参数对湿纺PEDOT/PSS纤维性能的影响研究表明，热牵伸和流速对纤维性能均产生重大影响。并且通过引入共聚物PBP来对纤维进行工程设计，该共聚物PBP可同时改变原始PEDOT/PSS的电气和机械性能，并系统地研究了PBP分数对PEDOT/PSS纤维的电导率和机械性能的影响。拉曼光谱和XRD光谱的结构分析表明，添加PBP会在PEDOT链中产生构象变化，
【参考文献】：
期刊论文
[1]纺织结构柔性器件与智能服装[J]. 张辉. 纺织高校基础科学学报. 2017(04)
[2]应变式传感器的原理及对应变片性能的测定[J]. 刘巍. 科技经济市场. 2015(02)
[3]银沉积导电锦纶的制备工艺[J]. 崔旭,张华鹏,陈建勇,谢玉福. 纺织学报. 2011(06)
[4]智能柔性传感器的应用及其发展前景[J]. 刘敏,庄勤亮. 纺织科技进展. 2009(01)
硕士论文
[1]面向人体上肢运动监测的聚吡咯涂层机织物机电性能评价[D]. 张晓峰.东华大学 2016
本文编号：3540158
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3540158.html
