碳纳米材料/硅橡胶压阻特性及其织物压力传感器制备

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:oicq35952268
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随着智能产品的发展,智能纺织品、智能服装等成为研究热点。为了探测织物与人体间的压力,便于人们直观了解自己的生理体征参数和运动状况等,本文针对织物压力传感器进行研究。由于要将传感器整合到织物或者服装上,所以其必须具有良好的柔韧性和可穿戴性。基于此,本文选用硅橡胶(SR)作为柔性基体,炭黑(CB)和多壁碳纳米管(MWCNT)作为导电填料,制备织物压力传感器。以硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)对CB和MWCNT进行氧化处理,改善CB和MWCNT的分散性;再用硅烷偶联剂KH550对氧化以后的CB和MWCNT进行表面改性,以进一步改善CB、MWCNT的分散性和其与硅橡胶基体的相容性。然后用阴、阳离子表面活性剂分别对功能化后的CB和MWCNT进行表面修饰,使CB和MWCNT表面分别带有负电荷和正电荷,根据电荷的异性相吸定律,将CB和MWCNT静电组装,形成“葡萄串”结构的复合导电填料。最后将功能化的CB、MWCNT和静电组装的CB/MWCNT与硅橡胶基体混炼硫化,制备具有压阻特性的柔性压阻材料。用X射线光电子能谱分析仪(XPS)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和沉降体积测试对功能化的CB和MWCNT进行表征,表明含氧官能团增多并成功接枝上了 KH550;沉降现象表明功能化改善了 CB和MWCNT的分散稳定性。通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析CB/MWCNT的静电组装效果和其在硅橡胶中的分散状况,表明CB和MWCNT的配比为3:2时的静电组装效果最好且在硅橡胶中可以均匀分散。通过测试电阻,分析填充单组份CB、MWCNT和静电组装的CB/MWCNT与硅橡胶基复合材料的拉伸断裂性、导电性和压阻特性,并分析CB/MWCNT/SR的弛豫现象,探讨其作为压力敏感材料用于织物压力传感器的可行性。结果表明,不同配比和掺量的压阻材料,拉伸断裂性、导电性和压阻特性不同,且静电组装配比为3:2,CB/MWCNT体积分数为22%的压阻材料的压阻特性明显、弛豫时间较短,可以作为传感元件与织物整合制备织物压力传感器。将智能鞋垫或智能服装连接信号处理电路、数据采集系统和计算机,就可以将足部压力或人体所受压力的信息显示出来。
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