一种双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法，包括以下步骤：将原始非织造布织物进行多巴胺自聚合处理，得到聚多巴胺织物；然后浸渍于碳纳米管分散液中得到碳纳米管导电纤维网络，取出干燥后再浸渍于三氟乙酸银溶液中，然后在抗坏血酸溶液中还原得到纳米银导电纤维网络，将所得织物放入聚二甲基硅氧烷溶液中进行疏水处理，得到所述应变传感器。该方法构建的碳纳米管和纳米银导电网络，提高了传感器的灵敏度、传感范围和耐久稳定性，此外，该方法制备的织物应变传感器具有良好的疏水能力，在酸、碱和盐环境下，保持优异的导电性，这为织物应变传感器工作在复杂的环境下提供了一种解决方法。下提供了一种解决方法。下提供了一种解决方法。

【技术实现步骤摘要】
一种双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种织物应变传感器的制备方法，尤其涉及一种双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着传感器的快速发展，穿戴式应变传感器在许多领域都受到了广泛关注，如运动监测、医疗监测、人机界面、人工智能等领域都有广阔的应用前景。应变传感器能够对外界的机械刺激做出形态变化的响应，并将机械刺激转化为电阻或电流信号输出，具有传感机构简单、制造容易、能耗低的优点，在可穿戴设备中具有广阔的应用前景。为了提高应变传感器的性能，前人通过材料勘探或结构工程等手段对传感器的灵敏度和传感范围进行了大量的研究。虽然传感性能的优化已经得到了明确的认识，但制造宽传感范围(>50％)、高灵敏度(>100)、良好的柔性和良好的耐久性(>2000次循环)的应变传感器仍然是一个挑战。此外，在长期使用中，恶劣的使用环境会引起导电材料的分解或氧化，从而降低导电性，对传感器产生不可逆的损伤。因此，开发具有防水性能和高传感性能的应变传感器来应对酸、碱、盐和水下环境的检测具有重要意义。
[0003]专利202010078702.7制备了一种超疏水应变传感器复合膜。该应变传感器具有出色的灵敏度和传感范围，能够在酸/碱/盐溶液侵蚀下保持超疏水性能。但该方法制备的应变传感器存在透气性差、人体皮肤贴合性差等问题。专利201910226819.2制备了超疏水纸基柔性应变传感器。该应变传感器有良好的超疏水性能，但其应变传感范围较小，难以满足大范围的人体运动监测。专利202110968514.6制备了超疏水还原氧化石墨烯/聚氨酯海绵传感器。该方法制备的传感器具有较宽的应变传感范围，但传感器灵敏度低，尺寸较厚，不适合对人体的运动进行监测。专利202010443697.5制备了一种透气防水的多响应织物传感器。该应变传感器具有良好的疏水性、透气性和易于贴合皮肤等特点，但该传感器灵敏度和传感范围相对较低，难以实现高精度和大范围的人体运动监测。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种具有高的灵敏度、宽的传感范围和耐久稳定性的双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将原始非织造布织物进行多巴胺自聚合处理，得到聚多巴胺织物；
[0007](2)将聚多巴胺织物浸渍于碳纳米管分散液中得到碳纳米管导电纤维网络，取出干燥后得到聚多巴胺/碳纳米管织物；
[0008](3)将聚多巴胺/碳纳米管织物浸渍于三氟乙酸银溶液中，取出干燥后，在抗坏血酸溶液中还原得到纳米银导电纤维网络，所得织物为聚多巴胺/碳纳米管/纳米银织物；
[0009](4)将聚多巴胺/碳纳米管/纳米银织物放入聚二甲基硅氧烷溶液中进行疏水处
理，得到所述应变传感器。
[0010]其中，步骤(1)中，所述多巴胺的浓度为0.5～0.8wt％，pH为8～8.5，反应温度为25
‑
40℃，反应时间12～24h。在此反应条件下制备的聚多巴胺能够均匀包覆在纤维表面。通过多巴胺的化学聚合，使非织造布由疏水状态转变为亲水状态，有利于导电物质碳纳米管沉积在纤维表面，降低织物应变传感器的初始电阻。
[0011]其中，步骤(2)中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管或羧基化碳纳米管中的至少一种。
[0012]其中，步骤(2)中，所述碳纳米管分散液的浓度为5～10wt％，此浓度下纤维的表面会形成完整的多壁碳纳米管导电网络。
[0013]其中，步骤(2)中，所述聚多巴胺织物置于碳纳米管分散液中，浸渍40～70min；其中，先在超声条件下浸渍10～20min，然后继续浸渍30
‑
50min。这样更有利于碳纳米管吸附在纤维的表面。
[0014]其中，步骤(3)中，所述三氟乙酸银溶液的浓度为5
‑
20wt％，为溶液提供足够的银离子。
[0015]其中，步骤(3)中，所述聚多巴胺/碳纳米管织物浸渍于三氟乙酸银溶液中的时间为30～60min，使足够多的银离子吸附在纤维的表面。
[0016]其中，步骤(3)中，所述抗坏血酸溶液的浓度为3
‑
10wt％，还原时间为30～60min，使纤维表面的银离子被完全还原成银颗粒。
[0017]其中，步骤(4)中，所述乙酸乙酯溶液中聚二甲基硅氧烷的浓度为0.5～2wt％，浸涂时间30～60min，能够使导电织物具有超疏水能力，而不影响纤维的表面形貌、以及导电织物的电阻和透气性；所述聚二甲基硅氧烷溶液的溶剂为乙酸乙酯和/或正己烷。
[0018]专利技术原理：在本专利技术中，通过聚多巴胺改性非织造布，非织造布由疏水状态改变为亲水状态，有利于导电材料碳纳米管和纳米银附着在非织造布上。碳纳米管和纳米银颗粒构建的碳纳米管和纳米银颗粒双导电网络性使传感器具有高的灵敏度和宽的传感范围，同时使纤维具有粗糙的微结构。低表面能的PDMS结合粗糙的纤维微结构表面使非织造布传感器具有超疏水性能，也提高了传感器的耐腐蚀性和传感稳定性，这使得应变传感器能够应用在复杂和更加恶劣的外部条环境下，可以保持导电性的稳定。制备的应变传感器不仅能够实现日常人体运动的监测，而且对水下运动具备优异的响应性。
[0019]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)该方法制备的织物应变传感器具有高灵敏度、宽传感范围和耐久稳定性；(2)碳纳米管和纳米银双导电网络，降低了织物应变传感器的电阻，提高了导电性，使织物应变传感器对拉伸形变具有快速的响应性、低检测极限和和高的灵敏度，同时，碳纳米管和纳米银双导电网络具有粗糙的微结构表面形貌，与低表面能物质PDMS结合，使织物应变传感器具有良好的疏水性能。(3)织物应变传感器的疏水处理后，使传感器具有优异的电阻稳定性，实验发现，经过酸、碱和盐等化学环境处理后，传感器仍保持较高的导电性。且经过7小时的超声清洗和500次拉伸循环，传感器的电阻只有较小的波动，呈现出良好的环境稳定性。(4)疏水化的织物应变传感器，不仅可以实现普通的人体运动监测，也能实现手指在酸、碱、盐等水下环境的动作识别，以及微弱的水下振动识别。(5)传感器较低的检测极限和较宽的监测范围可以识别微小的形变以及宽的运动范围识别，这也使其可以应用在水下监测场合。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1非织造织物纤维表面SEM图；
[0021]图2是本专利技术实施例1非织造织物的静态接触角图；
[0022]图3是本专利技术实施例1PDA改性的非织造织物纤维表面SEM图；
[0023]图4是本专利技术实施例1PDA/MWNTs非织造织物的纤维表面SEM图；
[0024]图5是本专利技术实施例1PDA/MWNTs/AgNPs/PDMS非织造织物的纤维表面SEM图；
[0025]图6是本专利技术实施例1P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原始非织造布织物进行多巴胺自聚合处理，得到聚多巴胺织物；(2)将聚多巴胺织物浸渍于碳纳米管分散液中得到碳纳米管导电纤维网络，取出干燥后得到聚多巴胺/碳纳米管织物；(3)将聚多巴胺/碳纳米管织物浸渍于三氟乙酸银溶液中，取出干燥后，在抗坏血酸溶液中还原得到纳米银导电纤维网络，所得织物为聚多巴胺/碳纳米管/纳米银织物；(4)将聚多巴胺/碳纳米管/纳米银织物放入聚二甲基硅氧烷溶液中进行疏水处理，得到疏水应变传感器。2.根据权利要求1所述的双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多巴胺的浓度为0.5～0.8wt％，pH为8
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8.5，反应温度为20
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40℃，反应时间12～24h。3.根据权利要求1所述的双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管或羧基化碳纳米管中的至少一种。4.根据权利要求1所述的双导电网络超疏水织物应变传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳纳米管分散液的浓度为5～10wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：王潮霞，彭军，殷允杰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：