[發(fā)明專利]一種具有卷曲結構的柔性彈性體纖維膜及其制備和應用

有效

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112252032B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 尹波;李艷;柯凱;楊鳴波
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: D06M13/144
• 分類號: D06M13/144;D06M15/37;D06M11/83;G01B7/16;D06M101/38
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發(fā)明涉及復合材料領域，涉及一種具有卷曲結構的柔性彈性體纖維膜及其制備和應用。本發(fā)明提供一種制備具有卷曲結構的柔性彈性體纖維膜的方法，所述制備方法為：將柔性彈性體纖維膜在低表面張力的醇類物質中浸泡處理10～60min。本發(fā)明首次指出當柔性彈性體纖維膜在低表面張力的醇類物質中浸泡處理后，能夠使柔性彈性體纖維膜具有卷曲結構，即微觀上呈波浪型的柔性彈性體纖維結構，制得了一種具有新型結構的柔性彈性體纖維膜。當將該纖維膜用作應變傳感器時，為傳感器提供了彈性和順應性，并且可以很大程度地減少拉力對基材的損傷。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料領域，涉及一種具有卷曲結構的柔性彈性體纖維膜及其制備和應用。

背景技術

可穿戴的電子設備由于可對人體及其周邊環(huán)境進行實時以及長時間的監(jiān)測，因而引起了廣泛的關注。其中，基于壓阻效應的應變傳感器由于組裝過程簡易、靈敏度高且無遲滯效應，在可穿戴器件領域有著很大的實際應用潛力，有望用于醫(yī)療保健、健康監(jiān)測、人機互動等。作為可穿戴傳感器，必須具有高的靈敏度、良好的拉伸性、長時間的耐久性等。傳統(tǒng)的具有高導電能力的材料，如金屬、碳類材料都是剛性的，并不具有彈性以及柔韌性，會導致可穿戴電子設備電路僵硬，故極少應用。因此高效構建適用于可穿戴器件的柔性導電功能層是制備高性能可穿戴柔性壓力傳感設備的關鍵問題。

近些年來，人們在可拉伸應變傳感器方面做了許多努力。為了賦予傳感器良好的可拉伸性能，人們通常將導電的微納材料如碳納米管、石墨烯、銀納米線、MXene等與高分子彈性體復合。如2018年Zuoli He等人用濕法紡絲制備了多壁碳納米管和聚氨酯材料的復合纖維，最終得到的導電纖維斷裂伸長率高達565％，靈敏度最高可達5200，這種共混制備傳感器的方法雖然操作簡單，但是高濃度的導電填料會限制復合材料的柔韌性和拉伸性，并且均勻分散填料粒子也是需要考慮的一大問題，填料的聚集不僅會使傳感性能受到影響，復合材料的力學性能也會受到影響。2020年Zengyu Hui等人以彈性的橡皮筋為芯，將彈性較差的聚酯纖維以三種不同的方式編織在橡皮筋外面，最后浸涂聚吡咯/聚乙烯醇導電墨水，其中一種傳感器檢測范圍可達200％，且能實現(xiàn)靈敏度為38.9的線性傳感。這種通過結構設計等方式，將剛性材料設計為可拉伸結構(如彈簧、剪紙等)固然可以增加傳感器的拉伸性能，但是增加了加工的復雜程度，并且如何增加導電層和基體之間的相互作用力也是亟待解決的問題。

綜上所述，具有高靈敏度和寬檢測范圍的可穿戴應變傳感器雖然已經(jīng)取得較大進展，但是傳感過程穩(wěn)定性好、加工過程簡單且環(huán)境友好的傳感器依舊需要深入研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于用簡便的方法制備具有卷曲結構的柔性彈性體纖維膜，擴大彈性基體的拉伸范圍，并且采用一種聚合物輔助金屬沉積的方法在纖維表面構筑導電層，旨在解決現(xiàn)有應變傳感器延展性差、導電層易滑脫、耐久性差等問題。

本發(fā)明的技術方案：

本發(fā)明要解決的第一個技術問題是提供一種制備具有卷曲結構的柔性彈性體纖維膜的方法，所述制備方法為：將柔性彈性體纖維膜在低表面張力的醇類物質中浸泡處理10～60min即可。

進一步，所述柔性彈性體為可電紡的彈性體，選自：聚氨酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯-丁烯共聚物(SEBS)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的至少一種。

進一步，所述低表面張力的醇類物質選自：乙醇、甲醇、乙醚、丙醇或二丁醇中的至少一種。

優(yōu)選的，所述柔性彈性體纖維膜采用靜電紡絲法制備。

進一步，所述柔性彈性體纖維膜采用下述方法制得：將柔性彈性體粒料溶解于相應的溶劑中，攪拌得到均勻的柔性彈性體溶液；然后由帶有高速輥筒的靜電紡絲機紡絲；其中，輥筒轉速為1000～3000rpm(優(yōu)選為2800rpm)。

本發(fā)明要解決的第二個技術問題是提供一種改性柔性彈性體纖維膜，所述改性柔性彈性體纖維膜采用上述方法制得。