一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法，涉及新型材料技术领域。该一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法，通过使用浸轧涂层法将碳纳米管涂敷于纺织纤维表面，再利用原位化学聚合反应在碳纳米管层表面结合导电聚合物，由于碳纳米管为二维线性材料，导电聚合物为颗粒状材料，使得线性的碳纳米管能够有效连接颗粒状的导电聚合物形成协同导电网络，使得制备得到可拉伸柔性导电纤维具备良好电导率，对基底的预处理也使得可拉伸柔性导电纤维具有良好拉伸柔性和电阻可逆性，解决了导电材料无法兼具变形能力和电阻可逆性，获取工艺复杂的技术问题，为制备兼具大尺寸拉伸和高灵敏度综合性能的可穿戴传感器提供可能。

A Tensile Flexible Conductive Fiber with Reversible Resistance and Its Preparation Method

The invention discloses a tensible flexible conductive fiber with reversible resistance and a preparation method thereof, which relates to the technical field of new materials. A flexible conductive fiber with reversible resistance and its preparation method are described. Carbon nanotubes are coated on the surface of textile fibers by dipping-rolling coating method, and conductive polymers are bonded on the surface of carbon nanotubes by in-situ chemical polymerization. Because carbon nanotubes are two-dimensional linear materials and conductive polymers are granular materials, linear carbon nanotubes can be effectively bonded. Granular conductive polymer forms cooperative conductive network, which makes the preparation of stretchable flexible conductive fibers have good conductivity. The pretreatment of the substrate also makes the stretchable flexible conductive fibers have good stretching flexibility and resistance reversibility. It solves the technical problems that conductive materials can not have both deformation ability and resistance reversibility, and obtains complex technology. It has a large scale for the preparation of stretchable flexible conductive fibers. Wearable sensors with integrated properties of inch stretching and high sensitivity offer possibilities.

【技术实现步骤摘要】
一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法
本专利技术涉及新型材料
，特别涉及一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法。
技术介绍
可拉伸导电纤维是柔性可穿戴传感器的前驱，通常应用于感应和监测人体活动，目前在可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储等领域具有广泛的应用。为了完全实现可穿戴性，完成各种人体运动检测，通常柔性可穿戴传感器的设计应具备较高的灵敏度和较大的应变范围，且电阻能够长久稳定相应，这对制备柔性可穿戴传感器所使用导电材料的柔性、电阻可逆性要求极高。传统的应变传感器，如基于金属箔以及半导体材料的传感器，柔性欠佳且可探测范围较小，通常小于5％，因此无法应用于柔性可穿戴传感器；用聚二甲基硅氧烷封装碳管得到的导电薄膜，其应变范围虽然可达到280%，但是其应变的电阻变化微乎其微，如此低的灵敏度无法满足柔性可穿戴传感器的基本需求。此外，现有的可穿戴传感器的制备方法工艺通常较为复杂，例如，中国专利CN107192485A公开了一种可穿戴的柔性传感器，其采用静电纺丝的方法制备基底，制备方法繁琐，只可先制备出薄膜状传感器，形状尺寸均受接收板限制，不具备批量生产的可能；中国专利CN107271084A则公开一种柔性传感器，其包括两个传感组件，每个传感组件包括柔性纤维丝以及包覆柔性纤维丝的纳米结构薄膜，其中活性导电层通过热蒸发镀膜法制备，制备工艺要求高，且只可检测压力，涉及使用的重金属等不具有可穿戴的性质，不适用于人体。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现相关技术至少存在以下问题：相关技术提供的柔性可穿戴传感器所采用导电材料通常无法兼具变形能力和电阻可逆性，且导电材料的获取工艺较为复杂，导致制备得到的柔性可穿戴传感器无法同时具备较大应变范围及较高灵敏度。
技术实现思路
针对相关技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法，该导电纤维表面附着碳纳米管和聚吡咯等活性材料作为导电层，碳纳米管充当导电聚吡咯颗粒之间的桥梁，形成协同效应，导电涂层均匀、表面电阻率低且在不同形变条件下可实现电阻的有效可逆，同时，导电纤维仍具有可穿戴特性，制备工艺简单，制备成本低。本专利技术的技术方案如下：根据本专利技术实施例的第一个方面，提供一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将纺织纤维置入有机溶液内，在室温条件下浸泡处理1h，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第一次烘干处理；将第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入碳纳米管分散液中，在室温条件下浸泡处理3~5min，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第二次烘干处理，使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层；将第二次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入包含氧化剂和掺杂剂的混合溶液中，在冰浴条件下浸泡处理5~30min，然后向所述混合溶液逐步滴加导电聚合物单体水溶液，使得导电聚合物单体在所述纺织纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应，得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。在一个优选的实施例中，所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为多臂碳纳米管，所述碳管分散液的浓度为0.5~2mg/mL。在一个优选的实施例中，所述碳纳米管分散液在使用前经超声分散处理。在一个优选的实施例中，所述有机溶液为丙酮、乙醇中的至少一种。在一个优选的实施例中，所述混合溶液中的氧化剂包括三氯化铁、过硫酸铵中的至少一种，所述掺杂剂包括蒽醌磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。在一个优选的实施例中，聚合反应的反应温度为0~4℃，反应时长为90~150min。在一个优选的实施例中，所述纺织纤维预拉伸率为20%~100%。在一个优选的实施例中，所述纺织纤维为具有弹性的纺织纤维。在一个优选的实施例中，所述纺织纤维为聚氨酯纤维。根据本专利技术实施例的第二个方面，提供一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维，其特征在于，所述可拉伸柔性导电纤维由上述任意所述的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法制备得到，所述可拉伸柔性导电纤维包括纺织纤维、包覆于所述纺织纤维表面的碳纳米管层以及包覆于所述碳纳米管层表面的导电聚合物。与现有技术相比，本专利技术提供的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法具有以下优点：本专利技术提供的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维及其制备方法，通过选用常见纺织纤维作为基底，使用浸轧涂层法将碳纳米管涂敷于纺织纤维表面，再利用原位化学聚合反应在碳纳米管层表面结合导电聚合物，由于碳纳米管为二维线性材料，导电聚合物为颗粒状材料，使得线性的碳纳米管能够有效连接颗粒状的导电聚合物形成协同导电网络，使得制备得到可拉伸柔性导电纤维具备良好电导率，对基底的预处理也使得可拉伸柔性导电纤维具有良好拉伸柔性和电阻可逆性，解决了导电材料无法兼具变形能力和电阻可逆性，获取工艺复杂的技术问题，为制备兼具大尺寸拉伸和高灵敏度综合性能的可穿戴传感器提供可能。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并于说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据一示例性实施例示出的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法的方法流程图。图2是根据一示例性实施例示出的包覆有碳纳米管的纺织纤维的电子微观结构图。图3是实施例1-6所制备可拉伸柔性导电纤维在不同拉伸率下的电阻变化图。图4为实施例5和实施例6制备的可拉伸柔性导电纤维在拉伸应变下的SEM对比图。图5为实施例5制备的可拉伸柔性导电纤维在拉伸率为100%时的电阻可逆循环图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据一示例性实施例示出的一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法的方法流程图，如图1所示，该电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法包括：步骤101，将纺织纤维置入有机溶液内，在室温条件下浸泡处理1h，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第一次烘干处理。需要说明的是，本专利技术实施例采用的纺织纤维为具有弹性的纺织纤维。在一种可能的实施方式中，该纺织纤维为聚氨酯纤维。在一种可能的实施方式中，所述有机溶液为丙酮、乙醇中的至少一种。其中，纺织纤维置入有机溶液进行浸泡处理，可去除纺织纤维表面的油剂和杂质，从而更好地进行后续对纺织纤维的表面处理。步骤102，将第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入碳纳米管分散液中，在室温条件下浸泡处理3~5min，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第二次烘干处理，使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层。其中，碳纳米管具有良好的导电性且微观具备二维结构。优选的，所述碳纳米管分散液在使用前经超声分散处理，从而使得碳纳米管分散液内的碳纳米管分散均匀。优选的，所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为多臂碳纳米管，所述碳管分散液的浓度为0.5~2mg/mL。为了更好地说明本专利技术实施例，示出图2所示的包覆有碳纳米管的纺织纤维的电子微观结构图。步骤103，将第二次烘干处理后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将纺织纤维置入有机溶液内，在室温条件下浸泡处理1h，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第一次烘干处理；将第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入碳纳米管分散液中，在室温条件下浸泡处理3~5min，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第二次烘干处理，使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层；将第二次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入包含氧化剂和掺杂剂的混合溶液中，在冰浴条件下浸泡处理5~30min，然后向所述混合溶液逐步滴加导电聚合物单体水溶液，使得导电聚合物单体在所述纺织纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应，得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。

【技术特征摘要】
1.一种电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将纺织纤维置入有机溶液内，在室温条件下浸泡处理1h，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第一次烘干处理；将第一次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入碳纳米管分散液中，在室温条件下浸泡处理3~5min，然后使用去离子水将浸泡处理后的所述纺织纤维洗涤，再置入烘箱进行第二次烘干处理，使得所述纺织纤维的表面包覆有碳纳米管层；将第二次烘干处理后的所述纺织纤维进行预拉伸后，置入包含氧化剂和掺杂剂的混合溶液中，在冰浴条件下浸泡处理5~30min，然后向所述混合溶液逐步滴加导电聚合物单体水溶液，使得导电聚合物单体在所述纺织纤维的碳纳米管层表面发生聚合反应，得到表面包覆导电聚合物的电阻可逆的可拉伸柔性导电纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液中的碳纳米管为多臂碳纳米管，所述碳管分散液的浓度为0.5~2mg/mL。3.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连梅，庄再裕，赵健伟，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33