一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维，该纤维利用细铜线作为临时模板材料，通过对细铜线的表面进行纳米导电材料的修饰以及包覆聚合物，将细铜线刻蚀后，对聚合物表面进行不同传感修饰。该纤维可以用于柔性多功能传感器，具有对人体肢体活动和生理信号同时监测的功能。该纤维的制备方法简单、成本低、功能集成度高，利用衣物编织技术，可以将其制成柔性可穿戴电子产品，对未来应用于柔性可穿戴电子器件具有很大的潜力。

A Flexible Tensile Fiber with Hollow Structure and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维，还涉及该纤维的制备方法与应用。
技术介绍
近年来，随着智能材料和产品的发展，人们对于柔性可穿戴电子材料的研究越来越广泛。其中，由于具有收集和处理信号的功能，柔性传感器作为柔性可穿戴电子材料的重要组成部分，在柔性可穿戴电子材料的研究和应用中起到了至关重要的作用。对于柔性传感器的研究，从最初的单一化传感逐渐发展成为具有更高要求的多功能化传感器，同时其制备方法也朝着简单和低成本等方向发展。应力应变传感是柔性传感器的基础传感功能，这种功能对于实时监测材料的形状和形貌变化具有重要作用。我们之前的专利技术专利给出了一种制备基于微裂纹机理的具有高灵敏度可拉伸应变传感器的方法，在实时监测人体关节活动和面部肌肉拉伸方面等柔性可穿戴材料方面具有重要应用价值。英国ConorS.Boland等人利用石墨烯和橡胶的复合材料，制备出了具有高应变和高灵敏度的用于监测人体活动的传感器。北京大学的张海霞课题组利用碳纳米管海绵通过半固化PDMS进行封装的方式，制备出具有监测弯曲和压力的柔性传感器。另外，对于监测人体生理信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维，所述纤维可用于多功能传感器，其特征在于，所述纤维利用细铜线作为临时模板材料，通过对细铜线的表面进行纳米导电材料的修饰以及包覆聚合物，将细铜线刻蚀后，对聚合物表面进行不同传感修饰；优选地，所述细铜线的直径为0.1～0.8mm，长度为5～10cm；优选地，所述纳米导电材料选自石墨烯、碳纳米管、金属纳米线、金属纳米颗粒，优选为碳纳米管和银纳米线的复合材料，优选所述碳纳米管为单壁碳纳米管，所述银纳米线为长度20‑200μm的银纳米线；优选地，所述聚合物选自PDMS、聚氨酯、Ecoflex，优选所述聚合物选自PDMS，所述PDMS为聚二甲基硅氧烷和固化剂的组合物。

【技术特征摘要】
1.一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维，所述纤维可用于多功能传感器，其特征在于，所述纤维利用细铜线作为临时模板材料，通过对细铜线的表面进行纳米导电材料的修饰以及包覆聚合物，将细铜线刻蚀后，对聚合物表面进行不同传感修饰；优选地，所述细铜线的直径为0.1～0.8mm，长度为5～10cm；优选地，所述纳米导电材料选自石墨烯、碳纳米管、金属纳米线、金属纳米颗粒，优选为碳纳米管和银纳米线的复合材料，优选所述碳纳米管为单壁碳纳米管，所述银纳米线为长度20-200μm的银纳米线；优选地，所述聚合物选自PDMS、聚氨酯、Ecoflex，优选所述聚合物选自PDMS，所述PDMS为聚二甲基硅氧烷和固化剂的组合物。2.如权利要求1所述的纤维，其特征在于，对聚合物表面进行不同传感修饰，包括：在单根纤维上进行局域化多种传感修饰，或者对单根纤维进行同一传感修饰；优选地，所述传感修饰包括：离子传感修饰和其他传感修饰，优选地，所述离子传感修饰包括钾离子传感、钠离子传感、钙离子传感或其他离子传感修饰，优选地，所述其他传感修饰包括pH传感、温度传感、气体传感修饰。3.如权利要求2所述的纤维，其特征在于，所述局域化多种传感修饰时，根据不同的应用场景进行不同数量的局域化，单个局域化传感区域的面积为1～500mm2。4.一种具有中空结构的柔性可拉伸纤维的制备方法，所述纤维可用于多功能传感器，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)以细铜线为临时模板材料，通过浸泡、烘干的方式，在所述细铜线表面包覆纳米导电材料，然后将两端分别用导电银胶粘结导电银线的纳米导电材料包覆的细铜线置于不同直径尺寸的玻璃管的中心处，通过针筒向玻璃管内灌注聚合物并固化；(2)在刻蚀溶液中刻蚀所述细铜线后，得到具有中空结构的内壁为纳米导电材料的纤维；(3)将所述纤维进行预拉伸的操作，在纤维外表面或局域化滴涂单壁碳纳米管溶液，烘干后分别在滴涂单壁碳纳米管的区域利用导电银胶粘结导电银线，然后在所述滴涂单壁碳纳米管的区域进行不同的传感修饰并烘干，即得到具有中空结构的柔性可拉伸纤维；优选地，所述步骤(1)中所述纳米导电材料选自石墨烯、碳纳米管、金属纳米线、金属纳米颗粒，优选所述纳米导电材料为碳纳米管和银纳米线的复合材料，优选所述碳纳米管为单壁碳纳米管，所述银纳米线为长度20-200μm的银纳米线；优选地，所述步骤(1)中所述聚合物选自PDMS、聚氨酯、Ecoflex，优选所述聚合物选自PDMS，所述PDMS为二甲基硅氧烷和固化剂的组合物，更优选，所述二甲基硅氧烷和固化剂比例为20-5:1，固化温度为60～90℃；优选地，所述步骤(3)中将所述纤维进行预拉伸的操作中，所述预拉伸应变为10～50％；优选地，所述步骤(1)和步骤(3)中用导电银胶粘结导电银线时，采用的导电银胶固化温度为50～90℃；优选地，所述步骤(3)中使用的烘干温度为20～30℃。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩飞，刘旭，叶怀宇，张国旗，张愿，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳第三代半导体研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44