一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及柔性可穿戴织物，具体涉及一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器及其制备方法；聚合物/MXene复合织物加热器的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚合物基织物在碱溶液中浸泡后洗涤，制得预处理聚合物基织物；（2）将LiF粉末和HCl溶液搅拌，制得刻蚀液；（3）将MAX相粉末加入刻蚀液中搅拌，制得反应产物；将反应产物稀释后离心，去除上清液，制得沉淀物MXene；向沉淀物MXene中加入去离子水，先超声再离心，制得MXene溶液；（4）将预处理聚合物基织物在MXene溶液中浸渍后，取出后干燥，制得聚合物/MXene复合织物加热器。本发明专利技术制得的聚合物/MXene复合织物加热器厚度为340μm时，其电磁屏蔽效能为42.1 dB，同时其还具有良好的透气、阻燃和抗菌功能。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器及其制备方法
本专利技术涉及柔性可穿戴织物，具体涉及一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器及其制备方法。
技术介绍
可穿戴加热器因在保温、热疗、除冰、除雾、给药、传感器等方面具有巨大的应用价值而受到广泛关注。基于金属、铟锡氧化物、碳纳米材料、导电聚合物复合材料等的电热或光热转换薄膜/纤维等材料的研究已经取得了巨大的成果。近年来，可穿戴加热器的热响应速率、温度范围、工作安全性、耐久性、可控性等性能得到了显著提高；但是同时具有柔性、透气性、阻燃性等优异性能的可穿戴加热器的研制仍然是一个巨大的挑战。织物，特别是轻质、舒适和透气的商用高分子纺织品，被认为是开发柔性、透气、可穿戴加热器的理想基质，可以更好的适用于人体并满足多样化的场景应用要求。随着科技的进步，目前有不少研究者尝试在织物中加入电子组件，以形成智能织物。智能织物除了可以用来测量穿戴者的生理信号，更可以用来产生热能给穿戴者。多数的智能织物是由芯片、纱、电线与电阻构成，其中电线埋设或编织于由纱编织成的织物中，并且连接到电阻与芯片；电线可以连接到外部的电源，使外部的电源供电给电阻与芯片。此外，可穿戴电子设备的快速发展加剧了电磁辐射污染，对人体健康也构成了极大的威胁。因此，对基于聚合物织物的可穿戴加热器提出了屏蔽电磁辐射的要求。此外，长时间高温使用这种基于织物的可穿戴加热器将会带来很大的热失效风险，甚至会给人体健康带来火灾等灾害。此外，温度升高滋生细菌导致交叉感染也是使用可穿戴加热器的另一个危害。因此，电磁屏蔽、防火、抗菌等多功能的可穿戴的聚合物基织物加热器具有重要意义，也是下一代可穿戴式加热器的发展方向。MXene，是一种新型的二维晶体材料，属于类石墨烯材料，被认为是石墨烯和其他碳纳米材料的更好的替代物。通过湿化学法刻蚀MAX相能够制备出二维材料MXene，通式为Mn+1XnTX，其中M为过渡金属，X为碳或氮，T代表端基，O、F、H等原子。MXene具有可调的表面基团、优异的电导率、超大的比表面积，作为导电材料多用于电容器或电池，也可用于能量储存或电磁屏蔽；同时MXene具有接近百分之百的光热转换性能；此外MXene还具有优异的阻燃性能和抗菌效果。然而，目前以MXene为填料的聚合物基织物加热器，缺少对其可穿戴性、阻燃、抗菌和电磁屏蔽效果的研究。
技术实现思路
（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器及其制备方法，使得该聚合物/MXene复合织物加热器具有稳定快速的电热和光热转换性能，以及优异的电磁屏蔽、抗菌、透气和阻燃性能。（二）技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器的制备方法，包括以下步骤：（1）预处理，50～90℃下将聚合物基织物在碱溶液中浸泡1～4h并搅拌，再用去离子水洗涤浸泡后的聚合物基织物，制得预处理聚合物基织物；（2）制备刻蚀液，室温下将LiF粉末和HCl溶液搅拌反应，制得HF刻蚀液；（3）制备MXene溶液，20～50℃下将MAX相粉末加入上述HF刻蚀液中，100～1000rpm的转速下搅拌反应，制得反应产物；然后，将反应产物用去离子水稀释后在3000～5000rpm的转速下离心，去除离心上清液，重复离心直至pH值≥6，制得沉淀物MXene；最后，向沉淀物MXene中加入去离子水，先超声再在3000～5000rpm转速下离心，制得MXene溶液；（4）制备聚合物/MXene复合织物加热器，将上述预处理聚合物基织物在MXene溶液中浸渍后，取出再在50～80℃真空烘箱中干燥，制得聚合物/MXene复合织物加热器。优选地，步骤（1）中，聚合物基织物为涤纶、腈纶、锦纶、维纶、芳纶、棉织物中的一种或多种；碱溶液为5～20wt%的NaOH溶液，去离子水洗涤后的聚合物基织物的pH值为6～8。优选地，步骤（2）中，LiF粉末的质量为1～100g，HCl的体积和浓度分别为100～3000mL和6～15mol/L；搅拌反应的时间为30～60min。优选地，步骤（3）中，MAX相粉末的质量为1～100g；MXene溶液的浓度为0.5～20mg/mL。优选地，步骤（4）中，浸渍至少一次，每次浸渍的时间为1～30min。优选地，步骤（4）中，聚合物/MXene复合织物加热器对大肠杆菌和枯草杆菌的抑菌率高达99%；聚合物/MXene复合织物加热器的最大电磁屏蔽效能大于等于42.1dB。优选地，步骤（4）中，聚合物/MXene复合织物加热器电热转化的施加电压的范围为0.1～20V，聚合物/MXene复合织物加热器电热转化可达到的温度范围为5～220℃。优选地，步骤（4）中，聚合物/MXene复合织物加热器光热转换的光源为近红外光、远红外光、太阳光中的一种或几种；聚合物/MXene复合织物加热器光热转换的最高温度为204℃。一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器，由上述制备方法制备而成。一种如上述多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器在可穿戴织物、织物电加热器、织物光加热器、热转换器领域的应用。（三）有益效果本专利技术制得的聚合物/MXene复合织物加热器，厚度为340μm时，其电磁屏蔽效能为42.1dB，同时其还具有良好的阻燃和抗菌功能；本专利技术制备的聚合物/MXene复合织物加热器具有良好的透气性和耐久性，满足可穿戴需求；本专利技术提供的制备方法简单、安全，可大规模批量生产。附图说明图1为本专利技术实施例3制得的PET/MXene复合织物加热器的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例3制得的PET/MXene复合织物加热器的透气性实验图；图3为本专利技术实施例1～3制得的PET/MXene复合织物加热器的电磁屏蔽效能曲线图；图4为本专利技术实施例1～3制得的PET/MXene复合织物加热器的燃烧状态图；图5为本专利技术实施例1～3制得的PET/MXene复合织物加热器的抗菌性能实验图；图6为本专利技术实施例3制得的PET/MXene复合织物加热器在不同施加电压下的电热转换性能曲线图；图7为本专利技术实施例3制得的PET/MXene复合织物加热器在不同距离激光照射时的光热转换性能曲线图；图8为本专利技术实施例4制得的PA/MXene复合织物加热器在不同距离远红外光照射时的光热转换性能曲线图；图9为本专利技术实施例4制得的PA/MXene复合织物加热器在太阳光照射时的光热转换性能曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）预处理，50～90 ℃下将聚合物基织物在碱溶液中浸泡1～4 h并搅拌，再用去离子水洗涤浸泡后的聚合物基织物，制得预处理聚合物基织物；/n（2）制备刻蚀液，室温下将LiF粉末和HCl溶液搅拌反应，制得HF刻蚀液；/n（3）制备MXene溶液，20～50 ℃下将MAX相粉末加入上述HF刻蚀液中，100～1000 rpm的转速下搅拌反应，制得反应产物；然后，将反应产物用去离子水稀释后在3000～5000 rpm的转速下离心，去除离心上清液，重复离心直至pH值≥ 6，制得沉淀物MXene；最后，向沉淀物MXene中加入去离子水，先超声再在3000～5000 rpm转速下离心，制得MXene溶液；/n（4）制备聚合物/MXene复合织物加热器，将上述预处理聚合物基织物在MXene溶液中浸渍后，取出再在50～80 ℃真空烘箱中干燥，制得聚合物/MXene复合织物加热器。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理，50～90℃下将聚合物基织物在碱溶液中浸泡1～4h并搅拌，再用去离子水洗涤浸泡后的聚合物基织物，制得预处理聚合物基织物；
（2）制备刻蚀液，室温下将LiF粉末和HCl溶液搅拌反应，制得HF刻蚀液；
（3）制备MXene溶液，20～50℃下将MAX相粉末加入上述HF刻蚀液中，100～1000rpm的转速下搅拌反应，制得反应产物；然后，将反应产物用去离子水稀释后在3000～5000rpm的转速下离心，去除离心上清液，重复离心直至pH值≥6，制得沉淀物MXene；最后，向沉淀物MXene中加入去离子水，先超声再在3000～5000rpm转速下离心，制得MXene溶液；
（4）制备聚合物/MXene复合织物加热器，将上述预处理聚合物基织物在MXene溶液中浸渍后，取出再在50～80℃真空烘箱中干燥，制得聚合物/MXene复合织物加热器。


2.根据权利要求1所述的多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述聚合物基织物为涤纶、腈纶、锦纶、维纶、芳纶、棉织物中的一种或多种；所述碱溶液为5～20wt%的NaOH溶液，去离子水洗涤后的聚合物基织物的pH值为6～8。


3.根据权利要求2所述的多功能可穿戴聚合物/MXene复合织物加热器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述LiF粉末的质量为1～100g，所述HCl的体积和浓度分别为100～3000mL和6～15mol/L；所述搅拌反应的时间为30～60min。


4.根据权利要求3所述的多功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建峰，刘晓雅，李雷，王万杰，张晓朦，曹艳霞，杨艳宇，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41