基于皮芯-多孔结构的柔性导电复合纤维构筑及应变响应性能研究
发布时间：2021-07-09 20:57
导电高分子复合材料（CPCs）是将聚合物与各种导电物质通过一定的方式复合而成,具有良好的导电性,可拉伸性,易加工等优点。CPCs能通过导电通路的变化将机械变形转化为电信号,被广泛应用于柔性应变传感器中。本文中,为获得兼具工作应变范围大与灵敏度高的应变传感材料,我们以炭黑（CB）、碳纳米管（CNT）为导电填料,热塑性聚氨酯（TPU）、聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SBS）作弹性体,利用同轴湿法纺丝方法制备了皮芯、多孔结构的柔性纤维。详细探究了纤维的内部结构和应变响应性能,具体内容如下:1、TPU-CB/TPU导电复合纤维的制备及性能研究（1）以TPU为弹性基体,低维度的CB作为导电填料,通过简单的同轴湿法纺丝制备具有皮芯、多孔结构的柔性复合纤维,形态表征显示,TPU-CB/TPU导电复合纤维含有纯TPU组成的绝缘内层（弹性层）和CB/TPU组成的导电外层（敏感区）两层结构。纤维导电外层CB分散均匀,形成了良好的CB导电通路。研究了纤维内部多孔结构的形成机制以及孔径尺寸。通过调控实验参数（主要是导电填料的含量）,实现对多孔纤维传感性能的调控。（2）应变响应测试表明,TPU-20CB/TPU...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于平行微裂纹的高灵敏度和可拉伸应变传感器的制备过程[51]
1绪论6以及出色的各向异性应变传感性能，在平行或垂直于纤维取向的情况下，最大GF分别为180和0.3。由两个正交堆叠的ACNF膜组成的交叉折叠式ACNF应变传感器还可以准确地区分作用在不同角度的面内应变。图1.2应变传感器的力电行为[52]Figure1.2Themechanicalandelectricalbehaviorofstrainsensor[52]1.4.2压缩敏感行为Peng等[53]将纤维素悬浮液（CNF），氧化碳纳米管（OCNTs）和石墨烯（GO）的混合物定向凝固并冷冻干燥，以获得层状结构的OCNT/GO-CNF气凝胶，在流动的氮气中对OCNT/GO-CNF进行退火得到CNT/rGO-CNF碳气凝胶（如图1.3所示）。对其压缩测试发现，该材料具有极高的可压缩性（高达95%的应变），高灵敏度和超低的压力检测极限（0.875Pa），且电阻值在压缩时显著减小，释放时立即增加，展现出一个压缩负响应。在压缩过程中，碳层之间的接触面积应迅
1绪论7速增加，从而导致电阻线性下降。多循环压缩测试中，该压敏传感器展现了出色的稳定性和再现性（50,000个循环中94.6%的高度保持力）。该报道中所制备的压敏传感器还可以捕获由人体运动引起的生物信号。图1.3CNT/rGO-CNF气凝胶的制备示意图:（a）OCNT/GO溶液；（b）CNF溶液；（c）均匀OCNT/GO/CNF溶液；（d）冷冻铸造；（e）冷冻干燥制备OCNT/GO-CNF气凝胶；（f）退火得到CNT/rGO-CNF碳气凝胶[53]Figure1.3TheCNT/rGO-CNFaerogel:(a)OCNT/GOsolution;(b)CNFsolution;(c)homogeneousOCNT/GO/CNFsolution;(d)freezecasting;(e)preparationofOCNT/GO-CNFaerogelbyfreeze-drying;(f)CNT/rGO-CNFcarbonaerogelwasobtainedbyannealing[53]Ding等[54]将所制备的氧化石墨烯纳米电沉积在PU海绵的骨架上，然后用肼对GONRs-PU海绵进行化学还原，得到聚氨酯基柔性石墨烯纳米带（GNRs-PU）海绵。所制备的GNRs-PU海绵具有具有三维骨架结构和高的孔隙率，同时复合海绵具有出色的机械性能，电子导电性，化学功能性和亲脂疏水性，而且GNRs-PU海绵在不同的压缩应变下表现出良好的线性I-V特性。Wang等[55]使用碳化硅防水砂纸作为模板，旋涂上聚二甲基硅氧烷（PDMS）以形成不规则的微观结构，然后在图案化的PDMS顶部上旋涂导电PEDOT/PSS层来构建不规则的微峰结构的压力传感器。该压敏传感器在压缩敏感测试中，不
【参考文献】：
期刊论文
[1]导电高分子复合材料[J]. 张迪. 科技资讯. 2016(16)
[2]Tunable piezoresistivity of nanographene films for strain sensing[J]. Science Foundation in China. 2015(04)
本文编号：3274486
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于平行微裂纹的高灵敏度和可拉伸应变传感器的制备过程[51]
1绪论6以及出色的各向异性应变传感性能，在平行或垂直于纤维取向的情况下，最大GF分别为180和0.3。由两个正交堆叠的ACNF膜组成的交叉折叠式ACNF应变传感器还可以准确地区分作用在不同角度的面内应变。图1.2应变传感器的力电行为[52]Figure1.2Themechanicalandelectricalbehaviorofstrainsensor[52]1.4.2压缩敏感行为Peng等[53]将纤维素悬浮液（CNF），氧化碳纳米管（OCNTs）和石墨烯（GO）的混合物定向凝固并冷冻干燥，以获得层状结构的OCNT/GO-CNF气凝胶，在流动的氮气中对OCNT/GO-CNF进行退火得到CNT/rGO-CNF碳气凝胶（如图1.3所示）。对其压缩测试发现，该材料具有极高的可压缩性（高达95%的应变），高灵敏度和超低的压力检测极限（0.875Pa），且电阻值在压缩时显著减小，释放时立即增加，展现出一个压缩负响应。在压缩过程中，碳层之间的接触面积应迅
1绪论7速增加，从而导致电阻线性下降。多循环压缩测试中，该压敏传感器展现了出色的稳定性和再现性（50,000个循环中94.6%的高度保持力）。该报道中所制备的压敏传感器还可以捕获由人体运动引起的生物信号。图1.3CNT/rGO-CNF气凝胶的制备示意图:（a）OCNT/GO溶液；（b）CNF溶液；（c）均匀OCNT/GO/CNF溶液；（d）冷冻铸造；（e）冷冻干燥制备OCNT/GO-CNF气凝胶；（f）退火得到CNT/rGO-CNF碳气凝胶[53]Figure1.3TheCNT/rGO-CNFaerogel:(a)OCNT/GOsolution;(b)CNFsolution;(c)homogeneousOCNT/GO/CNFsolution;(d)freezecasting;(e)preparationofOCNT/GO-CNFaerogelbyfreeze-drying;(f)CNT/rGO-CNFcarbonaerogelwasobtainedbyannealing[53]Ding等[54]将所制备的氧化石墨烯纳米电沉积在PU海绵的骨架上，然后用肼对GONRs-PU海绵进行化学还原，得到聚氨酯基柔性石墨烯纳米带（GNRs-PU）海绵。所制备的GNRs-PU海绵具有具有三维骨架结构和高的孔隙率，同时复合海绵具有出色的机械性能，电子导电性，化学功能性和亲脂疏水性，而且GNRs-PU海绵在不同的压缩应变下表现出良好的线性I-V特性。Wang等[55]使用碳化硅防水砂纸作为模板，旋涂上聚二甲基硅氧烷（PDMS）以形成不规则的微观结构，然后在图案化的PDMS顶部上旋涂导电PEDOT/PSS层来构建不规则的微峰结构的压力传感器。该压敏传感器在压缩敏感测试中，不
【参考文献】：
期刊论文
[1]导电高分子复合材料[J]. 张迪. 科技资讯. 2016(16)
[2]Tunable piezoresistivity of nanographene films for strain sensing[J]. Science Foundation in China. 2015(04)
本文编号：3274486
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3274486.html
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