[發(fā)明專利]多功能導(dǎo)電紗線及其制備和在柔性可穿戴電子織物中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010726068.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112127147B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘軍;楊中林;王雯雯;葉萃
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D06M11/83
• 分類號: D06M11/83;D06M15/356;D06M15/643;D02G3/44;D01D5/12;D06M101/32
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

本發(fā)明公開了多功能導(dǎo)電紗線及其制備和在柔性可穿戴電子織物中的應(yīng)用。一種導(dǎo)電紗線的制備方法，包括如下步驟：(1)獲得接觸角在80°以下、應(yīng)變能力在10％以上的紗線；(2)對步驟(1)的紗線進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸比在1?2.5之間，將銀納米線分散液涂覆到預(yù)拉伸后的紗線上，干燥得到含有銀納米線層的紗線，使含有銀納米線層的紗線的電阻值在3?7Ω/cm之間；所述銀納米線表面含有PVP層；(3)對含有銀納米線層的紗線進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸比在1?1.4之間，然后在其表面涂覆液態(tài)的有機(jī)彈性聚合物的前體，再經(jīng)固化在紗線表面形成將紗線完全包覆的有機(jī)彈性聚合物層，得到導(dǎo)電紗線。本發(fā)明提供的導(dǎo)電紗線具有高機(jī)械應(yīng)變穩(wěn)定性和高應(yīng)變敏感性，可用于柔性可穿戴電子織物中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電紗線及其制備方法和在柔性可穿戴電子織物中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

柔性和可拉伸材料非常適合用于人造皮膚，人機(jī)交互，監(jiān)控人體運(yùn)動和個人保健等。電子織物在儲能，傳感，致動和通訊方面表現(xiàn)出卓越的性能。最近，具備優(yōu)異的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能的納米材料，例如碳納米管、金屬納米線和石墨烯，已經(jīng)用于制備導(dǎo)電紗線。而銀納米線(AgNWs)由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性和延展性，在導(dǎo)電紗線應(yīng)用方面它們已展示出廣泛的發(fā)展前景。此外，還采用了各種方法來制造基于AgNWs的導(dǎo)電紗線，例如噴涂、浸涂、激光劃刻和旋涂。其中，最簡單方便的方法是將AgNWs沉積到紗線基底上。

可穿戴電子織物必須具備透氣性、柔韌性和可拉伸性等，用以舒適有效的監(jiān)測人體活動或提供長時間的穩(wěn)定加熱。但是機(jī)械變形(例如拉伸和彎曲)通常會破壞電子織物導(dǎo)電纖維之間的連通性，這會導(dǎo)致整個織物的電阻不一致，最終會導(dǎo)致電子織物失效。因此，機(jī)械變形穩(wěn)定性是新型電子織物的基本研究目標(biāo)。因此，長期穩(wěn)定性是新的導(dǎo)電紗線的一個重要研究目標(biāo)。Cheng等人開發(fā)了一種具有分層EcoFlex涂層CuNW結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電纖維，用于穩(wěn)定、可拉伸和可穿戴的加熱裝置。Liu等人研制了一種具有優(yōu)異力學(xué)性能和加熱性能的碳納米管基纖維，可反復(fù)拉伸高達(dá)150％的長度，具有較高的穩(wěn)定性和可逆性。同時，還研究了基于AgNWs紗線的多功能可穿戴電子產(chǎn)品。趙等人制備了一種聚合物增強(qiáng)粘附性的AgNW纖維，用于同時應(yīng)變傳感和加熱，在拉伸應(yīng)變(1～200％)下表現(xiàn)出快速、可重復(fù)和穩(wěn)定的響應(yīng)，并具有較高的加熱溫度。

下述兩個關(guān)鍵因素被用于評估電子織物的加熱和傳感性能：機(jī)械變形期間溫度輸出的穩(wěn)定性以及對應(yīng)變變化的敏感性。目前，大多數(shù)報道的導(dǎo)電紗線表現(xiàn)出較差的應(yīng)變靈敏度因子(GF)，這限制了它們對細(xì)微變形的敏感性。此外，由于紗線中的導(dǎo)電材料易于氧化或脫落，因此可穿戴設(shè)備的壽命短，這對于獲得具有長期保存期限和使用期限的可穿戴設(shè)備而言必須克服。因此，多功能紗線的應(yīng)變穩(wěn)定性和傳感性能必須先提高，然后才能用于可銷售的可穿戴電子設(shè)備。

為此，我們選擇了柔性聚對苯二甲酸乙二酯(PET)/橡膠包芯線作為沉積AgNW的基材，以生產(chǎn)導(dǎo)電紗線。然后，通過應(yīng)用絕緣聚二甲基硅氧烷(PDMS)層保護(hù)AgNW免受氧化和脫離，這也有助于提高所施加機(jī)械變形下導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性。用PET/AgNW/PDMS紗線織成的織物被用于制備多功能的加熱和傳感材料，該材料具有高拉伸性，優(yōu)異的加熱穩(wěn)定性和對機(jī)械變形的高敏感性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電紗線的制備方法。

本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電紗線，其具有高機(jī)械應(yīng)變穩(wěn)定性和高應(yīng)變敏感性。

本發(fā)明要解決的第三個技術(shù)問題是提供所述導(dǎo)電紗線在柔性可穿戴電子織物中的應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電紗線的制備方法，包括如下步驟：

(1)獲得接觸角在80°以下、應(yīng)變能力在10％以上的紗線；