基于柔性包芯纱的应变/湿度传感器制备及其智能可穿戴应用研究

发布时间：2024-02-20 00:09

　　柔性传感器可用来检测应变、湿度、温度以及人体生理信号等信息,可广泛应用在智能交通、运动时尚、智能家居与健康医疗等领域。然而,柔性传感器与智能可穿戴的结合方式大多数都是将传感器与织物上组装,并不是结合在一起。因此将柔性传感器与织物无缝结合,提高其穿着舒适性与耐用性成为进一步发展的需求。本文采用一种涤纶/氨纶包芯纱作为柔性基材,两种二维导电材料石墨烯和MXene作为导电基材制备柔性传感器,研究将导电包芯纱和基于导电包芯纱的针织物作为传感器时不同的传感性能及其在可穿戴领域的应用。主要研究内容如下:(1)为了提高柔性传感器的传感性能与耐久性,选取一种低成本的螺旋形高弹性涤纶包氨纶包芯纱为传感器的柔性基材,石墨烯为导电材料,通过浸渍与芯吸效应制备了基于石墨烯的导电包芯纱应变传感器。这种包芯纱既具有芯纱氨纶长丝的高弹性,也具有外层包覆涤纶长丝的耐久性、耐腐蚀性,是制备应变传感器的良好基材。基于石墨烯的导电包芯纱应变传感器表现出高弹性(ε>300%)、快速响应时间(120ms)、大的应变范围(0.3-100%)和优异的耐久性(>10000次)。(2)为了实现传感器的多种传感性能结合,制备...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1基于聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯/石墨烯导电纤维的制备，及戴在手指上时手指弯曲的相对电阻变化曲线

柔性应变传感器，此传感器在周围温度变化时电阻产生变化，因此被用来贴在鼻子下方检测呼吸变化。Slobodian等人[15]用聚氨酯/碳纳米管复合而成的柔性可拉伸的具有应变传感、可监测人体呼吸的导电纤维，具有较大的断裂强力（>300%），较大的传感系数（450）。Zhang等人[16....

图1.2基于银离子导电纤维的制备，该纤维在拉伸过程中的相对电阻变化曲线与戴在手上弯曲不同角度时的相对电阻变化曲线

洗螅?庵止?艺就逐渐被淘汰，但是金属化合物导电纤维工艺还是在不断发展与进步。导电型金属化合物纤维还在被广泛研究。Seyedin等人[25]制备了一种具有高拉伸性和导电性的基于聚氨酯与MXene的复合纤维，可用于可穿戴应变传感纺织品的，有适用于健康、运动和娱乐的应变传感性能。Qur....

图1.3聚苯胺/聚环氧乙烯导电长丝的制备流程图和拉伸过程中相对电阻变化曲线

青岛大学硕士学位论文41.2.4导电高分子型纤维导电高分子型纤维是用导电高分子材料通过直接纺丝法得到的导电纤维。1977年开始，由美国宾夕法尼亚大学的MaeDiarmid教授等人发现的导电聚乙炔逐渐引起了人们的关注，并在结构型导电聚合物的研发中起到了重要作用[29]。在过去二十年....

图1.4基于MXene/聚氨酯导电纤维的制备流程示意图，与不同类型的MXene/聚氨酯导电纤维拉伸过程中的相对电阻变化曲线，MXene/聚氨酯导电纤维织成织物后拉伸过程中的相

青岛大学硕士学位论文51.3导电纤维制备方法1.3.1纺丝法纺丝法是把导电离子与纤维结合到一起，还有一种方法是把导电纤维混入到纺丝溶液中，通过湿法纺丝直接形成纱线，虽然过程复杂，但形成的纱线耐久性好且导电离子分布均匀[41-43]。湿法纺丝、凝胶纺丝方法主要是将导电高聚物、导电金....

本文编号：3903540