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基于TPU芯和EGaIn/CNT/WPU涂层的导电纤维,用于人体运动检测
出处:材料分析与应用  录入日期:2025-01-09  点击数:530

  1成果简介
  目前,高伸展性导电纤维因其卓越的导电性、适应性和可编织性,已成为柔性电子器件中最重要的组成部分之一。本文,上海理工大学盛斌教授课题组在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Dip-Coated Conductive Polyurethane Fibers Composited with Liquid Metal Particles and Multiwall Carbon Nanotubes for Multifunctional Applications”的论文,研究通过简单的浸涂,开发出了一种以热塑性聚氨酯(TPU)为芯,液态金属颗粒(LMP)和多壁碳纳米管(CNTs)为复合导电鞘,并由水性聚氨酯(WPU)层渗透和封装的导电纤维。
  机械烧结后,得到的 WPU/LMP-CNTs/TPU 纤维(WLCTF)具有超高导电率,达到 1.15 × 106 S/m,并在 160% 的大应变范围内具有显著的线性度(R2 = 0.997)。WLCTF 通过热塑性工艺模塑成可拉伸的螺旋电极,在 1700% 的应变范围内提供稳定的信号输出,具有 5483.9 的极高质量系数(螺旋指数为 7)。值得注意的是,这些纤维可编织成织物基材,具有焦耳加热功能和防水特性;此外,WLCTF 的设计还考虑到了回收利用的效率。WLCTF 具有稳定的应变传感能力、导电性、可回收性和焦耳加热特性,在柔性电子和可穿戴技术领域具有巨大的发展潜力。
  2图文导读 

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  图1.WLCTF的制备过程和横截面形态学表征。

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  图2、 LM/CNT 的性质和表征。

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  图3、WLCTF 的机械性能和特性

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  图4、WLCTF 应变传感的性能。

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  图5、WLCTF 的热塑性。

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  图6.用作焦耳加热器的 WLCTF 的热电性能。

 

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  图7.WLCTF 在智能织物中的应用和回收。
  3小结
  总之,我们通过简单的浸涂工艺,提出了一种由热塑性聚氨酯内芯和 EGaIn/CNTs/WPU 涂层复合而成的导电纤维,然后对其进行简单的机械烧结,从而获得了优异的导电性(1.15 × 106 S/m),其稳定的拉伸范围可达 160%。LM EGaIn 和 CNTs 的协同作用赋予了纤维良好的导电性,而 TPU 则带来了出色的拉伸性和弹性,从而使 WLCTF 成为一种有效的应变传感器,具有显著的线性度和快速响应时间。WLCTF 的柔韧性和延展性有助于将其集成到纺织品中,用于监测人体运动的可穿戴设备。此外,热塑性聚氨酯的热塑性使纤维可用作螺旋电极,具有出色的机械和电气性能。螺旋 WLCTF 在螺旋指数为 7、应变为 1700% 的情况下,显示出 5483.9 的优异品质因数,优于大多数报告结果。值得注意的是,WLCTF 中的复合材料可以有效地回收和再利用,提供了一种可持续的制造工艺。WLCTF 的电热特性通过将其融入织物而得到进一步增强,从而生产出能够加热到所需温度的智能织物。WLCTF 具有出色的导电性、可拉伸性、可回收性和电热特性,在柔性和可穿戴电子产品行业的各种应用中具有相当大的潜力,包括人体运动检测、可拉伸电极和基于智能织物的可穿戴加热器。
  文献:

 

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