本发明专利技术提出了一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法，采用方法的要点是采用商用厂丝为基质，以导电纳米纤维素杂化材料为导电涂覆层，以聚乙烯醇（PVA）薄膜为绝缘保护层进行组装，得到具有核鞘结构的导电纤维，而后根据传感信号捕获精度的需要选择机织或针织等方式将其编织成面料，最终得到导电织物。该材料兼具生物相容性和导电性，而且还拥有优异的稳定性、韧性和自愈性，可以进行定位和运动监测，在生物电子传感器、可穿戴电子设备、人机交互等领域具有广阔的应用前景。
A preparation method of flexible and human-machine interactive bionic fabric
【技术实现步骤摘要】
一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法
本专利技术涉及导电织物的制备方法，特别涉及一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法，属于仿生传感织物的制备领域。
技术介绍
近年来，柔性可穿戴电子设备蓬勃发展，在人体运动监测、健康跟踪和可穿戴通信设备等方面具有巨大的应用潜力。柔性可穿戴电子设备的核心是柔性可穿戴的应变传感器，优异的应变传感器需要同时满足两大特点：应变范围大，高灵敏度。柔性聚合物具有良好的柔韧性，应变范围大，因而被广泛应用于柔性可穿戴电子设备的制备中，作为支撑材料。纳米材料如碳纳米管、石墨烯等，一般被用作传感器的传感材料。但目前应用的传感器仍不能同时很好地满足对大应变和高灵敏的需求，因此如何研制一种应变范围大、反应灵敏的传感器已成为目前的一个研究热点。蚕丝由两根平行的单丝外包丝胶而成，是自然界中最轻最细的天然纤维，蚕丝主要为丝素蛋白，其次是丝胶，还有色素、蜡质等。蚕丝的细度约为2.64-3.74dtex。蚕丝的力学性能优良，断裂伸长较高，应变范围大，可作为传感器的支撑材料，在可穿戴电子设备、柔性应变传感器等领域被广泛应用。YaopengZhang等人在期刊ACSappliedmaterials&interfaces上发表的《Hybridsilkfibersdry-spunfromregeneratedsilkfibroin/grapheneoxideaqueoussolutions》文章(ACSappliedmaterials&interfaces,2016,8(5):3349-3358.)介绍了利用蚕丝的丝素蛋白进行干法纺丝得到复合蚕丝纤维，具有更高的力学性能和生物相容性，在组织工程、生物电子设备和储能材料等领域具有广阔前景，但其无法进行人机交互。以蚕丝为基质材料进行导电纤维材料的制备，利用吡咯(Py)聚合到纤维素纳米晶(CNC)上，形成导电聚合物CNC-PPy，而后将导电聚合物涂覆到蚕丝的表面，形成导电蚕丝，但这种的导电蚕丝不稳定，导电聚合物容易脱落。本专利技术继续在导电蚕丝表面涂覆一层聚乙烯醇(PVA)，自然风干形成一层保护膜，可以将导电聚合物稳定在蚕丝表面。故而本专利技术提出的导电纤维材料为核鞘结构，导电聚合物贴附在蚕丝表面为核，PVA在外部形成一层保护膜为鞘，将该导电纤维材料进行编织即可得到导电织物，结构稳定，传感性能优良，具有广阔的应用前景。(CN107385903A)提出使用离子液体制备导电蚕丝织物，但其柔性较差，无自愈性能，也不能进行人机交互。基于此，本专利技术以CNC作为模板，利用APS作为引发剂，将吡咯聚合到CNC上，形成导电聚合物CNC-PPy。随后将该导电聚合物涂覆到商用蚕丝上，再涂覆一层PVA，自然风干成膜，即得到具有核鞘结构的导电纤维材料。随后可以根据实际需要，选择编织方式(如机织、针织等)和组织结构(如平纹、斜纹、缎纹、罗纹等)，即得到导电织物。该导电织物可以被应用于传感、可穿戴电子设备等领域，进行定位和运动监测，具有广阔应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法，该方法制备简单，操作简便，绿色无污染，且方便大规模生产。一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法，其具体步骤如下：(1)裁剪适当根数的蚕丝，长度适宜，并用去离子水冲洗数次，得到洗净的蚕丝；(2)配制适当固液比的PVA溶液，PVA分子量为145000，放入适当温度中水浴加热，并搅拌100-140min，得到搅拌均匀的PVA溶液；(3)制备纤维素纳米晶CNC，并配制适当固液比的CNC分散液，超声20-40min，得到分散均匀的CNC分散液；(4)在0℃冰浴条件下，用步骤(3)得到的分散均匀的CNC分散液和适量导电单体溶液混合，混合比例为CNC：导电单体质量比是1：1，并搅拌40-80min，得到混合溶液；配制适当固液比的引发剂溶液，超声10-30min，按CNC：引发剂物质的量之比为1：2的反应比例，将引发剂溶液滴加到上述混合溶液中，用引发剂引发导电单体的聚合反应，使其聚合到CNC表面，得到含有纳米纤维素的混合溶液，继续在0℃冰浴条件下，搅拌100-140min，得到搅拌均匀的含有纳米纤维素的混合溶液；(5)将步骤(4)得到的搅拌均匀的含有纳米纤维素的混合溶液进行数次离心或抽滤，得到含水极少的导电聚合物；(6)用适量步骤(5)得到的导电聚合物涂覆到步骤(1)得到的洗净的蚕丝表面，涂覆数次，得到导电蚕丝；(7)用步骤(2)得到的适量PVA涂覆到步骤(6)得到的导电蚕丝表面，涂覆数次，得到具有核鞘结构的导电纤维材料；(8)将步骤(7)得到的导电纤维材料进行编织，即得到导电织物。所述步骤(1)中所述适当根数为1-10根；适当长度为1-30cm；冲洗数次为1-5次。所述步骤(2)中所述适当固液比为1g：5-10mL，适当温度为80-100℃。所述步骤(3)中所述适当固液比为1g：45mL-50mL。所述步骤(4)中所述适量为1-5g；导电单体为吡咯(Py)、苯胺(ANI)中的一种；适当固液比为1g：5-10mL；引发剂为过硫酸铵((NH4)2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸钠(Na2S2O8)中的一种。所述步骤(5)中所述数次为1-10次。所述步骤(6)中所述适量为0.1-5g，数次为1-10次。所述步骤(7)中所述适量为0.1-10g，数次为1-10次。对本专利技术所获得的具有核鞘结构的导电纤维材料使用透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)观察复合材料的形貌；使用电化学工作站测试纤维材料的导电性，其结果如下：(1)透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)测试表明蚕丝基质的导电聚合物包覆的导电纤维材料为核鞘结构，导电聚合物包覆蚕丝形成核，PVA保护膜为鞘，参见附图1，以10根蚕丝为一组，得到的导电纤维材料，该材料表面光滑，结构稳定，性能优异。(2)电化学工作站表明纤维材料导电性优异。(3)具有核鞘结构的导电纤维传感材料自愈性能优异。本专利技术制备的具有核鞘结构的纤维编织而成的导电织物材料具有优异的导电性以及传感性能，在传感器、智能机器人传感皮肤、可穿戴电子设备等方面有广阔的应用的前景。本专利技术具有的有益效果是：(1)本专利技术利用来源广泛、制备简单的CNC为原料，具有绿色环保、比表面积大的优点。(2)本专利技术将绝缘的商用蚕丝变成导电性能良好的导电蚕丝，可以用在传感、可穿戴电子设备等领域，进行运动监测。(3)本专利技术制备具有核鞘结构的导电纤维材料，导电稳定、传感精度高，制备方法简单，有利于规模化生产。附图说明图1是实施例3制备的导电纤维材料的场发射扫描电镜(FE-SEM)图。图2为实施例1制备的导电纤维材料的场发射扫描电镜(FE-SEM)图。图3为实施例1制备的导电纤维材料的传感性能测试图。下面结合具体实例，进一步阐述本专利技术。这些实施案本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)裁剪适当根数的蚕丝，长度适宜，并用去离子水冲洗数次，得到洗净的蚕丝；/n(2)配制适当固液比的PVA溶液，PVA分子量为145000，放入适当温度中水浴加热，并搅拌100-140min，得到搅拌均匀的PVA溶液；/n(3)制备纤维素纳米晶CNC，并配制适当固液比的CNC分散液，超声20-40min，得到分散均匀的CNC分散液；/n(4)在0℃冰浴条件下，用步骤(3)得到的分散均匀的CNC分散液和适量导电单体溶液混合，混合比例为CNC：导电单体质量比是1：1，并搅拌40-80min，得到混合溶液；配制适当固液比的引发剂溶液，超声10-30min，按CNC：引发剂物质的量之比为1：2的反应比例，将引发剂溶液滴加到上述混合溶液中，用引发剂引发导电单体的聚合反应，使其聚合到CNC表面，得到含有纳米纤维素的混合溶液，继续在0℃冰浴条件下，搅拌100-140min，得到搅拌均匀的含有纳米纤维素的混合溶液；/n(5)将步骤(4)得到的搅拌均匀的含有纳米纤维素的混合溶液进行数次离心或抽滤，得到含水极少的导电聚合物；/n(6)用适量步骤(5)得到的导电聚合物涂覆到步骤(1)得到的洗净的蚕丝表面，涂覆数次，得到导电蚕丝；/n(7)用步骤(2)得到的适量PVA涂覆到步骤(6)得到的导电蚕丝表面，涂覆数次，得到具有核鞘结构的导电纤维材料；/n(8)将步骤(7)得到的导电纤维材料进行编织，即得到导电织物。/n...
【技术特征摘要】
1.一种柔性可人机交互仿生织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)裁剪适当根数的蚕丝，长度适宜，并用去离子水冲洗数次，得到洗净的蚕丝；
(2)配制适当固液比的PVA溶液，PVA分子量为145000，放入适当温度中水浴加热，并搅拌100-140min，得到搅拌均匀的PVA溶液；
(3)制备纤维素纳米晶CNC，并配制适当固液比的CNC分散液，超声20-40min，得到分散均匀的CNC分散液；
(4)在0℃冰浴条件下，用步骤(3)得到的分散均匀的CNC分散液和适量导电单体溶液混合，混合比例为CNC：导电单体质量比是1：1，并搅拌40-80min，得到混合溶液；配制适当固液比的引发剂溶液，超声10-30min，按CNC：引发剂物质的量之比为1：2的反应比例，将引发剂溶液滴加到上述混合溶液中，用引发剂引发导电单体的聚合反应，使其聚合到CNC表面，得到含有纳米纤维素的混合溶液，继续在0℃冰浴条件下，搅拌100-140min，得到搅拌均匀的含有纳米纤维素的混合溶液；
(5)将步骤(4)得到的搅拌均匀的含有纳米纤维素的混合溶液进行数次离心或抽滤，得到含水极少的导电聚合物；
(6)用适量步骤(5)得到的导电聚合物涂覆到步骤(1)得到的洗净的蚕丝表面，涂覆数次，得到导电蚕丝；
(7)用步骤(2)得到的适量PVA涂覆到步骤(6)得到的导电蚕丝表面，涂覆数次，得到具有核鞘结构的导电纤维材料；
(8)将步骤(7)得到的导电纤维材料进行编织，即得...
【专利技术属性】
技术研发人员：余厚咏，欧阳兆锋，徐德文，穆梦雅，彭幻，唐峰，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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