基于聚苯胺杂化材料构筑柔性传感材料及多重信号捕获机制研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:axun2010
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随着智能电子产品的迅速发展,柔性可穿戴设备获得了极大的关注。众所周知,柔性传感材料通常以气凝胶、水凝胶、聚合物膜和纺织品的形式出现。但气凝胶抗压强度低,水凝胶保水性差,聚合物膜透气性和穿着舒适性差,极大地阻碍了其作为柔性可穿戴传感器在生物医学领域和人工智能领域的快速发展。纺织纤维、纱线和织物被认为是下一代可穿戴传感器的理想候选材料。其中,纤维纱线机械性能优异并具有孔隙结构,可以吸附容纳聚苯胺(PANI)等导电聚合物构筑导电纱线,而后经过经纬交织制备智能织物,满足了柔性传感器轻、稳、精、强的高要求。因此,以纤维纱线、织物作为基底构筑柔性传感材料,详细考察其对应变、温度、湿度等多重信号的响应能力具有重要的研究意义。首先以机织物作为基底材料,界面负载聚苯胺导电复合物,构筑织物基复合膜用作多重信号捕获和自驱动定点抗菌的柔性传感材料,详细探究了其对应变、温度、湿度等信号的响应。得益于内部纤维素纳米晶(CNC)、PANI和聚乙烯醇(PVA)之间弱氢键、金属螯合作用以及协同效应,复合膜具有优异的机械性能、透气性能和导电性能。该复合膜作为多功能传感器,可以实时监测温度、湿度、p H值等信号变化,从而可以提供皮肤伤口部位感染的生理信息。此外,其具有自驱动杀菌功能,当皮肤伤口出现感染时,产生局部高温,进而破坏金属配位Fe-O键,从而释放Fe3+来消除细菌,进行伤口部位杀菌消炎,为制备具有多重信号响应、自驱动抗菌性能的柔性传感材料提供了一种全新的思路。但由于织物作为基底材料的限制,无法有效调控导电网络结构,造成应变传感灵敏度和捕获精度差强人意。基于此,通过界面微溶手段赋予蚕丝纱线以丰富的孔隙结构,而后超声辅助负载聚苯胺杂化材料,制备具有三维导电网络结构的导电蚕丝,详细考察界面微溶时间等因素对导电蚕丝的分子结构、热稳定性、机械性能的影响,并探究导电蚕丝的耐水洗性能和耐摩擦性能。以导电蚕丝为单元,经过经纬交织或手工缝纫等方式制备柔性传感材料,可用于人体各部位运动状态的实时监测。最后,将该柔性传感材料、微型电源与无线蓝牙模块等部件组装成智能织物,可实现无线移动端的多重信号监测,为今后开发用于人体健康监测的柔性电子器件开辟新的路径。
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