静电纺丝法制备功能化导电纤维及其应用研究

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纳米材料因具有不同于常规材料的独特性质而成为高性能材料领域的研究热门。静电纺丝法是一种简单、快捷,且可以较大规模制备均匀、连续的一维纳米结构材料的方法,因其快捷高效制备纳米纤维的特性(静电纺丝法以一种简单、快捷的方法大规模均匀且连续制备一维纳米结构材料,这种快捷高效的制备方法)而受到广泛关注。随着柔性电子学、材料科学及微纳加工技术的发展,柔性/可穿戴电子技术近年来成为电子器件研究的重要领域。其中,能够实现对外界信号精确感知的高性能柔性可延展传感器是其中的基础性核心元器件之一。导电聚合物纤维基电子器件使材料在具备良好导电性能的同时表现出较高的拉伸性能,柔韧性能,从而打破导电聚合物或者导电碳材料本身性质的界限,使其成为有更加广阔应用范围的柔性电子材料,并可以进一步探索其在柔性电子器件及智能织物领域的应用。本论文的主要研究内容包括两部分,电纳米纤维作为传感器和隐形导线。首先是关于一种基于静电纺聚苯胺/热塑性聚氨酯(PANI/TPU)复合纳米纤维膜的应力传感器。基于纳米纤维膜的大比表面积,使得导电高分子材料聚苯胺更加均匀致密地分布在纤维表面从而表现出较高的灵敏度,应变系数高达6.7252,且传感器具有响应速度快、长耐久性等特点。由于制备方法简单、性能优良,在可穿戴器件领域具有潜在的应用价值。另外,我们介绍了一种复合纳米纤维绞线,并探索其在可穿戴领域的应用。在这项工作中,通过聚酰亚胺(PI)纳米纤维表面上吸附碳纳米管(CNTs),成功地制备了具有高导电性,热稳定性以及良好柔韧性的CNTs/PI纳米纤维绞线。与单纯的PI绞线(~93.5 MPa)相比,CNTs/PI绞线具有增强的机械强度(~116.2 MPa,拉伸至16.7%)。所制备的CNTs/PI绞线能在400℃温度下保持稳定的形态。此外,功能性CNTs/PI绞线具有与普通线相似的特性,使其有用做作未来智能服装中的隐形柔性线的潜在应用价值。
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