各向异性导电网络纤维及其制备方法和应用

本发明涉及导电纤维，具体是一种各向异性导电网络纤维及其制备方法和应用。

背景技术：

1、应变传感材料被广泛地研究用于将外界机械刺激(拉伸、压缩、弯曲、扭转等)转换为易于处理的电信号，在健康监测、人机交互、软体机器人等领域具有广阔的应用前景。目前，大多应变传感材料是块状或薄膜状，不具有透气性和可编织性。这极大地限制了这些传感材料与面料及服装的结合，进而导致无法很好地应用于人体弯曲表面。纤维是由天然物质或人工合成物质的长而细的材料统称，呈线状结构，具有良好的柔顺性。这些性质使得纤维能很好地覆盖在人体曲折表面，并且由纤维编织成布料会因为纤维之间的缝隙而具有良好的透气性。因此，将应变传感材料制备成纤维状有望成为可穿戴智能布料及其服装的重要载体平台。

2、目前，制备应变传感纤维材料的策略主要有共混纺丝和表面涂覆。然而，无论是共混纺丝还是表面涂覆所制备的应变传感纤维材料都有导电层暴露在外与人体皮肤直接接触导致的漏电的问题。此外，人体本身属于“良导体”，裸露在纤维表面的导电层与人体皮肤接触后，这会使得纤维传感器监测到的应变传感信号产生较大的偏差。

3、因此，如何制备一种具有良好的信号稳定性、优异的安全性与可穿戴性的各向异性导电网络纤维是本发明亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种各向异性导电网络纤维的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种各向异性导电网络纤维的制备方法，其包括以下步骤：

3、将银源与聚乙烯醇溶液进行混合，并经超声处理，得到芯层纺丝溶液；

4、将热塑性聚氨酯加入到有机溶剂中，经搅拌混合，得到皮层纺丝溶液；

5、用同轴针头将皮层纺丝液和芯层纺丝液挤压到去离子水凝固浴中，得到填充有芯层纺丝液的初丝；

6、将填充有芯层纺丝液的初丝进行反复冻融后，使得芯层纺丝液转换成凝胶态，再经冷冻干燥处理，得到各向异性导电网络纤维。

7、优选地，所述银源为硝酸银溶液。

8、优选地，所述硝酸银溶液的浓度为0.4-1mol/l；所述硝酸银溶液与聚乙烯醇溶液的体积比为(0.8-1.2):1；所述聚乙烯醇溶液的质量分数为5-15wt％。

9、优选地，超声处理的超声频率为20-30khz，功率为40-60w。

10、优选地，所述皮层纺丝溶液中热塑性聚氨酯的质量分数为15-25wt％。

11、优选地，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

12、优选地，所述皮层纺丝液的挤压速度为180-220μl/min；所述芯层纺丝液的挤压速度为80-120μl/min。

13、优选地，反复冻融过程中，冷冻处理的温度为-85℃至-75℃。

14、本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制得的各向异性导电网络纤维。

15、本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的各向异性导电网络纤维在作为柔性可穿戴应变传感材料中的应用。

16、本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述各向异性导电网络纤维进行组装得到的应变传感器。

17、本发明实施例利用超声分散技术将银源与聚乙烯醇溶液混合，制备芯层纺丝溶液，然后通过钻孔/毛细填充策略将芯层纺丝溶液封装在弹性的中空多孔热塑性聚氨酯纤维中，即可得到各向异性导电网络纤维。本发明实施例制得的导电网络纤维具有各向异性导电网络，其可以作为纤维状应变传感材料，具有良好的信号稳定性、优异的安全性、较高的应变传感性能与可穿戴性。

技术特征：

1.一种各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，所述银源为硝酸银溶液。

3.根据权利要求2所述的各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，所述硝酸银溶液的浓度为0.4-1mol/l；所述硝酸银溶液与聚乙烯醇溶液的体积比为(0.8-1.2):1；所述聚乙烯醇溶液的质量分数为5-15wt％。

4.根据权利要求1所述的各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，超声处理的超声频率为20-30khz，功率为40-60w。

5.根据权利要求1所述的各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，所述皮层纺丝溶液中热塑性聚氨酯的质量分数为15-25wt％；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

6.根据权利要求1所述的各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，所述皮层纺丝液的挤压速度为180-220μl/min；所述芯层纺丝液的挤压速度为80-120μl/min。

7.根据权利要求1所述的各向异性导电网络纤维的制备方法，其特征在于，反复冻融过程中，冷冻处理的温度为-85℃至-75℃。

8.一种采用权利要求1-7中任一项所述制备方法制得的各向异性导电网络纤维。

9.一种如权利要求8所述的各向异性导电网络纤维在作为柔性可穿戴应变传感材料中的应用。

10.一种采用如权利要求8所述的各向异性导电网络纤维进行组装得到的应变传感器。

技术总结本发明公开了一种各向异性导电网络纤维及其制备方法和应用，其属于导电纤维技术领域，其中，该制备方法包括以下步骤：将银源与聚乙烯醇溶液进行混合，并经超声处理，得到芯层纺丝溶液；将热塑性聚氨酯加入到有机溶剂中，经搅拌混合，得到皮层纺丝溶液；用同轴针头将皮层纺丝液和芯层纺丝液挤压到去离子水凝固浴中，得到填充有芯层纺丝液的初丝；将填充有芯层纺丝液的初丝进行反复冻融后，使得芯层纺丝液转换成凝胶态，再经冷冻干燥处理，得到各向异性导电网络纤维。本发明制得的导电网络纤维具有各向异性导电网络，其可以作为纤维状应变传感材料，具有良好的信号稳定性、优异的安全性、较高的应变传感性能与可穿戴性。技术研发人员：杜兆芳,郑阿龙,封其春受保护的技术使用者：安徽农业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29