蚕丝导电复合织物的表面微溶解法制备及其应用研究
发布时间：2022-01-10 11:39
可穿戴电子设备是可以直接穿在身上或者整合到配件中的一种便携式电子设备,新一代的可穿戴电子设备除了要有优良的功能,还需要具备灵活性、伸缩性、亲肤性等特点。蚕丝兼具强度和韧性的完美平衡,其织物也满足可穿戴电子产品对于柔韧性和舒适性的要求,是一种制备可穿戴电子设备的优良基材。但是,天然蚕丝纤维/织物的绝缘性极大地限制了其在柔性电子设备领域应用,而碳纳米管（CNTs）具有优异的导电性以及较大的长径比,是赋予蚕丝材料导电性的理想材料。如何使碳纳米管牢固粘附在蚕丝基底上的同时,还保留蚕丝纤维/织物的光泽、亲肤性等特点是目前制备碳纳米管/蚕丝导电材料的技术难点。针对这一问题,本课题选用碳纳米管为导电材料,通过微溶解技术在蚕丝织物表面引入导电性良好的CNTs层制备了单面导电蚕丝织物,并对其在柔性导电材料、传感器以及发热材料等方面的应用进行了探究。本文主要包括以下三个方面的内容:（1）以蚕丝织物为基材,采用氯化钙/乙醇/水（CaCl2/EtOH/H2O）、乙二胺四乙酸二钠/尿素（EDTA-2Na/Urea）以及甲酸/乙醇（FA/EtOH）3种蚕丝蛋白溶解体系,...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）―干涂法‖制备阻燃导电蚕丝织物[31]；（b）―滴涂法‖制备PEDOT-PSS/MWCNTs复合导电蚕丝织物[28]
第1章绪论5等[38]以Py为原料，通过原位聚合法制备了导电真丝织物，并采用Box-Behnken响应面设计对蚕丝织物上PPy的原位聚合工艺参数进行了优化。图1-2原位聚合PPy导电蚕丝织物的电镜图[37]Figure1-2SEMpicturesofPPy-coatedsilkfabricsfabricatedbyinsituoxidativepolymerization1.3.3化学镀化学镀是一种历史久远的镀金属工艺，起初应用于金属表面，近年来化学镀的基体材料已从金属发展到塑料、陶瓷、织物等非金属材料。通过化学镀将铜、镍等金属镀在织物表面从而赋予织物特殊性能已成为织物功能化研究中的重要方向之一，其流程主要包括织物预处理（除油、粗化、敏化、活化）、化学镀以及后处理[39]。化学镀多用于合成纤维织物（如涤纶、腈纶织物），在蚕丝织物上也有尝试[40]。在蚕丝织物上进行化学镀时，必须先对其进行敏化或活化处理，在织物表面生成催化活性中心，再将目标金属离子沉积在织物上[41]。比如：DanYu等[42]以三（2-羧乙基）膦（TCEP）为还原剂在蚕丝织物表面化学镀银制备了导电蚕丝织物。处理过程中，TCEP使蚕丝表面二硫键断裂并生成巯基，将蚕丝浸泡在AgNPs溶液中后，这些巯基会与银离子形成络合物，作为催化种子引发化学镀。化学镀银后蚕丝织物上沉积了均匀致密的银膜，同时具有良好的导电性（表面电阻为480Ω·sq-1）和抗菌性能（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.98%和99.83%），但是其粘结强度还有待提高。BintianLi等[16]通过连续化学镀在蚕丝织物表面制备了镍叉指电极，再在织物上喷涂氧化石墨烯（GO）传感层制备了柔性丝基呼吸传感器。该装置能够准确检测人的呼吸频率，并能有效地区分正常、深呼吸和快速呼吸，经2500次的弯曲和扭转后传感器性能几乎不受影响，为制备基于纺织品的可穿戴电子设备提?
西南大学硕士学位论文6图1-3（a）化学镀银法制备抗菌导电丝织物[42]；（b）连续化学镀法制备镍叉指电极修饰的导电蚕丝织物[16]Figure1-3a)Preparationofconductivesilkfabricwithantibacterialpropertiesbyelectrolesssilverplating.b)Preparationofconductivesilkfabricbysuccessiveelectrolessplatingofnickelinterdigitalelectrode.1.3.4高温碳化高温碳化也是制备导电蚕丝织物的方式之一[43，44]。其原理是：蚕丝主要包括无定形结构和β-折叠结构两种构象。β-折叠结晶部分包含两个或更多的蛋白分子链，分子链之间通过近端肽链之间的氢键稳定，在高温热处理过程中，相邻肽链之间的分子间脱水可能导致芳构化或者环化，形成六方碳环甚至高度有序的石墨化结构赋予蚕丝导电性，而蚕丝的其他部分则转化为非晶碳[45]。比如：ChunyaWang等[46]在氩气/氢气混合气氛下，对蚕丝织物进行阶段高温处理：（i）以10°C·min-1的速率从25°C加热至150°C，并保持60min；ii）然后以5°C·min-1的速率加热至350°C并保持180min；iii）以3°C·min-1的速率加热至950°C并保持120min；iv）自然冷却系统至室温）后，获得了具有优异导电性的碳化蚕丝织物（约140Ω·sq1）。该织物经封装后被制备成应变传感器，该传感器具有传感范围宽（0%到500%以上）、灵敏度高、响应快（<70ms）、耐久性好（10000次
【参考文献】：
期刊论文
[1]蚕丝/聚氧化乙烯复合固态聚合物电解质[J]. 程晓琪,郭晓艳,鲍俊杰,许戈文,黄毅萍,熊潜生. 精细化工. 2020(01)
[2]蚕丝丝胶蛋白在化妆品领域的开发与应用[J]. 李梅,叶晶,濮佳艳,曹姣,袁苏宁,张婷. 轻纺工业与技术. 2018(12)
[3]蚕丝蛋白在抗衰老类化妆品中的应用进展[J]. 肖潇,梁贵秋,陆春霞,周晓玲,吴婧婧,黄正勇. 蚕业科学. 2018(06)
[4]桑/柞蚕丝不同溶解体系再生丝素蛋白性能研究[J]. 肖露,杨旭超,余卫华,王佳丽,唐仕成. 纺织科技进展. 2017(11)
[5]柔性可穿戴电子传感器研究进展[J]. 钱鑫,苏萌,李风煜,宋延林. 化学学报. 2016(07)
[6]碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备及力敏特性研究[J]. 安萍,郭浩,陈萌,赵苗苗,杨江涛,刘俊,薛晨阳,唐军. 物理学报. 2014(23)
[7]碳纳米管导电蚕丝的制备及其性能[J]. 王蜀,刘祖兰,蒋瑜春,张袁松. 纺织学报. 2014(10)
[8]丝纤维表面化学镀镍的研究[J]. 刘西德,刘妍君. 辽宁化工. 2011(01)
[9]镶嵌纳米级再生丝素蛋白聚乙烯醇膜的制备与促细胞生长性能[J]. 陈忠敏,郝雪菲,范开. 生物医学工程学杂志. 2010(06)
[10]化学镀在织物金属化处理中的应用[J]. 赵亚萍,蔡再生. 印染. 2008(12)
博士论文
[1]柔性可穿戴纤维状超级电容器的构建与性能研究[D]. 李勇.北京科技大学 2018
[2]碳纳米材料电磁特性研究[D]. 温博.北京理工大学 2015
[3]纤维素/丝素蛋白的共溶解与纺丝成形研究[D]. 姚勇波.东华大学 2015
硕士论文
[1]聚吡咯修饰蚕丝的制备及其在柔性电子器件中的应用[D]. 李彬天.西南大学 2018
[2]天然丝素蛋白材料的制备与表征及其性能研究[D]. 于海洋.南京师范大学 2017
[3]家蚕丝碳化制备电催化材料及在催化析氢反应中的应用[D]. 刘鑫荣.浙江理工大学 2017
[4]离子液体下丝素蛋白膜的制备及其性能研究[D]. 任厚朋.青岛科技大学 2014
[5]不同地区不同茧丝结构的研究[D]. 张阳阳.浙江理工大学 2014
[6]溶胀预处理对真丝织物增重及性能影响研究[D]. 顾青.浙江理工大学 2011
[7]吸附聚合法制备导电真丝及其性能研究[D]. 汪大峰.苏州大学 2010
[8]导电真丝的制备及其性能研究[D]. 石娟.苏州大学 2010
[9]丝素蛋白在离子液体中溶解及再生研究[D]. 谢桂军.东华大学 2009
[10]真丝纤维微空穴生成及结构与性能研究[D]. 王建南.苏州大学 2002
本文编号：3580646
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）―干涂法‖制备阻燃导电蚕丝织物[31]；（b）―滴涂法‖制备PEDOT-PSS/MWCNTs复合导电蚕丝织物[28]
第1章绪论5等[38]以Py为原料，通过原位聚合法制备了导电真丝织物，并采用Box-Behnken响应面设计对蚕丝织物上PPy的原位聚合工艺参数进行了优化。图1-2原位聚合PPy导电蚕丝织物的电镜图[37]Figure1-2SEMpicturesofPPy-coatedsilkfabricsfabricatedbyinsituoxidativepolymerization1.3.3化学镀化学镀是一种历史久远的镀金属工艺，起初应用于金属表面，近年来化学镀的基体材料已从金属发展到塑料、陶瓷、织物等非金属材料。通过化学镀将铜、镍等金属镀在织物表面从而赋予织物特殊性能已成为织物功能化研究中的重要方向之一，其流程主要包括织物预处理（除油、粗化、敏化、活化）、化学镀以及后处理[39]。化学镀多用于合成纤维织物（如涤纶、腈纶织物），在蚕丝织物上也有尝试[40]。在蚕丝织物上进行化学镀时，必须先对其进行敏化或活化处理，在织物表面生成催化活性中心，再将目标金属离子沉积在织物上[41]。比如：DanYu等[42]以三（2-羧乙基）膦（TCEP）为还原剂在蚕丝织物表面化学镀银制备了导电蚕丝织物。处理过程中，TCEP使蚕丝表面二硫键断裂并生成巯基，将蚕丝浸泡在AgNPs溶液中后，这些巯基会与银离子形成络合物，作为催化种子引发化学镀。化学镀银后蚕丝织物上沉积了均匀致密的银膜，同时具有良好的导电性（表面电阻为480Ω·sq-1）和抗菌性能（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.98%和99.83%），但是其粘结强度还有待提高。BintianLi等[16]通过连续化学镀在蚕丝织物表面制备了镍叉指电极，再在织物上喷涂氧化石墨烯（GO）传感层制备了柔性丝基呼吸传感器。该装置能够准确检测人的呼吸频率，并能有效地区分正常、深呼吸和快速呼吸，经2500次的弯曲和扭转后传感器性能几乎不受影响，为制备基于纺织品的可穿戴电子设备提?
西南大学硕士学位论文6图1-3（a）化学镀银法制备抗菌导电丝织物[42]；（b）连续化学镀法制备镍叉指电极修饰的导电蚕丝织物[16]Figure1-3a)Preparationofconductivesilkfabricwithantibacterialpropertiesbyelectrolesssilverplating.b)Preparationofconductivesilkfabricbysuccessiveelectrolessplatingofnickelinterdigitalelectrode.1.3.4高温碳化高温碳化也是制备导电蚕丝织物的方式之一[43，44]。其原理是：蚕丝主要包括无定形结构和β-折叠结构两种构象。β-折叠结晶部分包含两个或更多的蛋白分子链，分子链之间通过近端肽链之间的氢键稳定，在高温热处理过程中，相邻肽链之间的分子间脱水可能导致芳构化或者环化，形成六方碳环甚至高度有序的石墨化结构赋予蚕丝导电性，而蚕丝的其他部分则转化为非晶碳[45]。比如：ChunyaWang等[46]在氩气/氢气混合气氛下，对蚕丝织物进行阶段高温处理：（i）以10°C·min-1的速率从25°C加热至150°C，并保持60min；ii）然后以5°C·min-1的速率加热至350°C并保持180min；iii）以3°C·min-1的速率加热至950°C并保持120min；iv）自然冷却系统至室温）后，获得了具有优异导电性的碳化蚕丝织物（约140Ω·sq1）。该织物经封装后被制备成应变传感器，该传感器具有传感范围宽（0%到500%以上）、灵敏度高、响应快（<70ms）、耐久性好（10000次
【参考文献】：
期刊论文
[1]蚕丝/聚氧化乙烯复合固态聚合物电解质[J]. 程晓琪,郭晓艳,鲍俊杰,许戈文,黄毅萍,熊潜生. 精细化工. 2020(01)
[2]蚕丝丝胶蛋白在化妆品领域的开发与应用[J]. 李梅,叶晶,濮佳艳,曹姣,袁苏宁,张婷. 轻纺工业与技术. 2018(12)
[3]蚕丝蛋白在抗衰老类化妆品中的应用进展[J]. 肖潇,梁贵秋,陆春霞,周晓玲,吴婧婧,黄正勇. 蚕业科学. 2018(06)
[4]桑/柞蚕丝不同溶解体系再生丝素蛋白性能研究[J]. 肖露,杨旭超,余卫华,王佳丽,唐仕成. 纺织科技进展. 2017(11)
[5]柔性可穿戴电子传感器研究进展[J]. 钱鑫,苏萌,李风煜,宋延林. 化学学报. 2016(07)
[6]碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备及力敏特性研究[J]. 安萍,郭浩,陈萌,赵苗苗,杨江涛,刘俊,薛晨阳,唐军. 物理学报. 2014(23)
[7]碳纳米管导电蚕丝的制备及其性能[J]. 王蜀,刘祖兰,蒋瑜春,张袁松. 纺织学报. 2014(10)
[8]丝纤维表面化学镀镍的研究[J]. 刘西德,刘妍君. 辽宁化工. 2011(01)
[9]镶嵌纳米级再生丝素蛋白聚乙烯醇膜的制备与促细胞生长性能[J]. 陈忠敏,郝雪菲,范开. 生物医学工程学杂志. 2010(06)
[10]化学镀在织物金属化处理中的应用[J]. 赵亚萍,蔡再生. 印染. 2008(12)
博士论文
[1]柔性可穿戴纤维状超级电容器的构建与性能研究[D]. 李勇.北京科技大学 2018
[2]碳纳米材料电磁特性研究[D]. 温博.北京理工大学 2015
[3]纤维素/丝素蛋白的共溶解与纺丝成形研究[D]. 姚勇波.东华大学 2015
硕士论文
[1]聚吡咯修饰蚕丝的制备及其在柔性电子器件中的应用[D]. 李彬天.西南大学 2018
[2]天然丝素蛋白材料的制备与表征及其性能研究[D]. 于海洋.南京师范大学 2017
[3]家蚕丝碳化制备电催化材料及在催化析氢反应中的应用[D]. 刘鑫荣.浙江理工大学 2017
[4]离子液体下丝素蛋白膜的制备及其性能研究[D]. 任厚朋.青岛科技大学 2014
[5]不同地区不同茧丝结构的研究[D]. 张阳阳.浙江理工大学 2014
[6]溶胀预处理对真丝织物增重及性能影响研究[D]. 顾青.浙江理工大学 2011
[7]吸附聚合法制备导电真丝及其性能研究[D]. 汪大峰.苏州大学 2010
[8]导电真丝的制备及其性能研究[D]. 石娟.苏州大学 2010
[9]丝素蛋白在离子液体中溶解及再生研究[D]. 谢桂军.东华大学 2009
[10]真丝纤维微空穴生成及结构与性能研究[D]. 王建南.苏州大学 2002
本文编号：3580646
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