仿生微结构石墨烯高弹性应变不灵敏导电纤维制备及其性能研究
发布时间：2021-09-12 14:48
随着柔性电子设备的飞速发展,柔性智能可穿戴设备已经逐渐出现在人们的日常生活中,导电纤维也成为智能可穿戴领域研究的重点。目前在智能可穿戴上使用最广泛的导电纤维是金属导线,传统金属导线虽具有优异的导电性能,但质量大、不可拉伸、舒适性差等限制了其在纺织材料上的应用。而已报道的弹性导电纤维虽可实现大范围伸缩形变,但随着拉伸倍数的增加,导电纤维的导电性能急剧下降,影响信号稳定传输。为同时满足导电纤维的高弹性和导电稳定性,受自然界蠕虫爬行身体结构变化的启发,本文采用预应力法成功制备了不同预拉伸倍数的蠕虫状仿生微结构石墨烯/聚氨酯导电纤维,并对其力学性能、导电性、耐久性、耐磨性以及特殊的应变不灵敏性能进行了测试。主要研究内容如下:（1）为了在实验室中批量制备高质量的石墨烯,采用高压均质法制备出了少片层甚至单片层石墨烯,制得石墨烯有较大横向尺寸（平均5～10μm）,通过TEM边缘计数法对石墨烯片层进行计数,可见单片层石墨烯,使用该制备石墨烯方法操作简单、成本较低、环保且可量产。（2）为了制备具有应变不灵敏性能的石墨烯/聚氨酯导电纤维,通过筑膜法对石墨烯和聚氨酯混合导电涂料的配比进行了筛选,分析可知石墨...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(A)NTSm@fiber的制作流程；(B)NTSm鞘纵断面结构示意图；(C和D)低分辨率和高分辨率SEM图像
青岛大学硕士学位论文5导致的。该弹性体具有显著的导电性能（在0%和100%拉伸应变下电导率分别为170000S/cm和11000S/cm）。另外还制作了一种基于类金属褶皱弹性体的全弹性体摩擦电纳米发电机(TENGs)，具有良好的发电性能。Moon等[47]将金和银纳米线通过有有图案的掩膜直接沉积在可拉伸嵌段共聚物基材表面，制备了微纤维网络状结构弹性导体，且通过调节沉积金属材料的厚度，可以控制制备应变不敏感电路和应变敏感传感器，厚金属沉积层产生应变不敏感的电极，薄金属沉积层产生应变敏感的触觉感应器。Matthew等[48]通过将Cu-AgNW从溶液中过滤后一起退火，并将PDMS渗透其中制备出一种具有可拉伸性和高导电性的复合材料，该复合材料在经过50次拉伸至50%应变后，其电阻仅增加了37%，这在目前导电率大于1000S/cm的材料中是电阻增加较小的材料。该Cu-AgNW复合材料被膜压成蛇形电路（如图1.2），可达到300%拉伸倍数。图1.2(A)0%和(B)50%应变的可拉伸LED电路。可拉伸LED电路的蛇形变体(C)0%(D)300%应变。三维弹性导体：Won等[49]报道了一种高度可拉伸的三维螺旋结构弹性导体（如
青岛大学硕士学位论文6图1.3所示），首先用螺杆作为模具将聚二甲基硅氧烷（PDMS）定型为螺旋状，然后将铜纳米线（CuNWs）转移到螺旋状PDMS上制备而成，该弹性导体在700%的拉伸应变下电阻变化仅有3.9，在高拉伸下表现有优异的导电稳定性。Wang等[50]以3D打印的多孔石墨烯蜂窝（GHC）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料作为核心材料，超高密度石墨烯泡沫（UDGF）和PDMS复合材料作为面片，制备出具有导电性（71S/m）的三明治结构蜂窝状弹性导体，该弹性导体高孔隙率的GHC核心使其在拉伸、弯曲和扭转等不同的加载模式下，电阻变化可以忽略不计，且具有良好的耐久性。图1.3螺旋结构CuNW弹性导体1.4导电纤维概述导电纤维通常是指在20℃的温度、65%相对湿度的标准状态下，比电阻不超过107Ω·cm的纤维[51]。导电纤维可以通过电晕放电将静电电荷中和或者释放，具有显著的不受温湿度影响的抗静电效果，因此导电纤维最初用作抗静电和电磁屏蔽材料。近年来，可穿戴电子产品飞速发展，导电纤维也被广泛应用于柔性传感器、超级电容器、人工肌肉等智能可穿戴领域。1.4.1导电纤维的分类
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗菌防螨远红外黏胶纤维的制备及性能研究[J]. 王菲,于湖生,宫怀瑞. 针织工业. 2019(10)
[2]石墨烯制备方法的分析探讨[J]. 陈泽宇,闫娜,王再红. 蓄电池. 2019(03)
[3]导电纤维的研究进展[J]. 胡雅琪,郭荣辉. 纺织科技进展. 2017(09)
[4]复合型导电纤维的制备及性能[J]. 延亚峰,宋春雨,曹敏悦,季志刚,葛明桥,巨安奇. 高分子材料科学与工程. 2016(06)
[5]CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的制备及其光催化性能[J]. 胡伟,任凤梅,白仁斗,周正发,徐卫兵. 环境科学学报. 2013(02)
[6]金属纤维制品的应用研究现状[J]. 支浩,汤慧萍,朱纪磊,王建忠. 热加工工艺. 2011(18)
[7]石墨烯的化学气相沉积法制备[J]. 任文才,高力波,马来鹏,成会明. 新型炭材料. 2011(01)
[8]纺织用导电纤维及其应用[J]. 李瑶,陈婷婷,杨旭东. 产业用纺织品. 2010(04)
[9]导电纤维的发展现状及应用前景[J]. 丁长坤,程博闻,任元林,康卫民,张金树. 纺织科学研究. 2006(03)
[10]有机导电纤维的研究进展及应用[J]. 倪海燕,孟家光. 纺织科技进展. 2004(05)
博士论文
[1]功能化导电聚合物复合纤维的制备、物理性质及其在应力传感器方面的应用[D]. 于桂凤.青岛大学 2016
硕士论文
[1]弹性导电复合材料的构筑及性能研究[D]. 李黎明.西南石油大学 2016
本文编号：3394419
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(A)NTSm@fiber的制作流程；(B)NTSm鞘纵断面结构示意图；(C和D)低分辨率和高分辨率SEM图像
青岛大学硕士学位论文5导致的。该弹性体具有显著的导电性能（在0%和100%拉伸应变下电导率分别为170000S/cm和11000S/cm）。另外还制作了一种基于类金属褶皱弹性体的全弹性体摩擦电纳米发电机(TENGs)，具有良好的发电性能。Moon等[47]将金和银纳米线通过有有图案的掩膜直接沉积在可拉伸嵌段共聚物基材表面，制备了微纤维网络状结构弹性导体，且通过调节沉积金属材料的厚度，可以控制制备应变不敏感电路和应变敏感传感器，厚金属沉积层产生应变不敏感的电极，薄金属沉积层产生应变敏感的触觉感应器。Matthew等[48]通过将Cu-AgNW从溶液中过滤后一起退火，并将PDMS渗透其中制备出一种具有可拉伸性和高导电性的复合材料，该复合材料在经过50次拉伸至50%应变后，其电阻仅增加了37%，这在目前导电率大于1000S/cm的材料中是电阻增加较小的材料。该Cu-AgNW复合材料被膜压成蛇形电路（如图1.2），可达到300%拉伸倍数。图1.2(A)0%和(B)50%应变的可拉伸LED电路。可拉伸LED电路的蛇形变体(C)0%(D)300%应变。三维弹性导体：Won等[49]报道了一种高度可拉伸的三维螺旋结构弹性导体（如
青岛大学硕士学位论文6图1.3所示），首先用螺杆作为模具将聚二甲基硅氧烷（PDMS）定型为螺旋状，然后将铜纳米线（CuNWs）转移到螺旋状PDMS上制备而成，该弹性导体在700%的拉伸应变下电阻变化仅有3.9，在高拉伸下表现有优异的导电稳定性。Wang等[50]以3D打印的多孔石墨烯蜂窝（GHC）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料作为核心材料，超高密度石墨烯泡沫（UDGF）和PDMS复合材料作为面片，制备出具有导电性（71S/m）的三明治结构蜂窝状弹性导体，该弹性导体高孔隙率的GHC核心使其在拉伸、弯曲和扭转等不同的加载模式下，电阻变化可以忽略不计，且具有良好的耐久性。图1.3螺旋结构CuNW弹性导体1.4导电纤维概述导电纤维通常是指在20℃的温度、65%相对湿度的标准状态下，比电阻不超过107Ω·cm的纤维[51]。导电纤维可以通过电晕放电将静电电荷中和或者释放，具有显著的不受温湿度影响的抗静电效果，因此导电纤维最初用作抗静电和电磁屏蔽材料。近年来，可穿戴电子产品飞速发展，导电纤维也被广泛应用于柔性传感器、超级电容器、人工肌肉等智能可穿戴领域。1.4.1导电纤维的分类
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗菌防螨远红外黏胶纤维的制备及性能研究[J]. 王菲,于湖生,宫怀瑞. 针织工业. 2019(10)
[2]石墨烯制备方法的分析探讨[J]. 陈泽宇,闫娜,王再红. 蓄电池. 2019(03)
[3]导电纤维的研究进展[J]. 胡雅琪,郭荣辉. 纺织科技进展. 2017(09)
[4]复合型导电纤维的制备及性能[J]. 延亚峰,宋春雨,曹敏悦,季志刚,葛明桥,巨安奇. 高分子材料科学与工程. 2016(06)
[5]CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的制备及其光催化性能[J]. 胡伟,任凤梅,白仁斗,周正发,徐卫兵. 环境科学学报. 2013(02)
[6]金属纤维制品的应用研究现状[J]. 支浩,汤慧萍,朱纪磊,王建忠. 热加工工艺. 2011(18)
[7]石墨烯的化学气相沉积法制备[J]. 任文才,高力波,马来鹏,成会明. 新型炭材料. 2011(01)
[8]纺织用导电纤维及其应用[J]. 李瑶,陈婷婷,杨旭东. 产业用纺织品. 2010(04)
[9]导电纤维的发展现状及应用前景[J]. 丁长坤,程博闻,任元林,康卫民,张金树. 纺织科学研究. 2006(03)
[10]有机导电纤维的研究进展及应用[J]. 倪海燕,孟家光. 纺织科技进展. 2004(05)
博士论文
[1]功能化导电聚合物复合纤维的制备、物理性质及其在应力传感器方面的应用[D]. 于桂凤.青岛大学 2016
硕士论文
[1]弹性导电复合材料的构筑及性能研究[D]. 李黎明.西南石油大学 2016
本文编号：3394419
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3394419.html
最近更新
教材专著
