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新材料｜盤點(diǎn)讓智能可穿戴裝備更輕、更柔韌的

柔性導(dǎo)電纖維也被稱為柔彈電極，指一種納米級(jí)別、導(dǎo)電性能優(yōu)異且彎曲度極好的復(fù)合材料。隨著智能服裝技術(shù)的發(fā)展，具有柔彈性、導(dǎo)電性及輕薄性的電極材料對(duì)于可穿戴裝備的開(kāi)發(fā)具有極大的推動(dòng)作用。

柔性電極發(fā)展歷程

柔性電極材料截至目前大體歷經(jīng)了3代。

第1代柔性導(dǎo)電纖維以傳統(tǒng)導(dǎo)電金屬為原料，并將金屬材料設(shè)計(jì)為可拉伸結(jié)構(gòu)，但面臨著服用性能差、導(dǎo)電不穩(wěn)定等問(wèn)題。

第2代柔性電極是以高分子聚合物作為彈性電極材料，盡管其穩(wěn)定性、導(dǎo)電性并不理想，但工藝簡(jiǎn)單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，材料來(lái)源廣，是目前研究最廣的制備彈性電極的方法。

第3代方法是以特殊紡織紗線為基底，與導(dǎo)電纖維通過(guò)一定方式結(jié)合制備彈性電極。

從第1代柔性傳感材料發(fā)展到今天，帶有電學(xué)傳感功能的纖維或纖維集合體已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。服裝作為可穿戴電子器件的理想載體，促使可穿戴電子材料向質(zhì)輕、高柔韌性、導(dǎo)電強(qiáng)等方向發(fā)展。

柔性導(dǎo)電纖維

納米碳材料

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，以石墨烯和碳納米管為代表的納米碳材料，因同時(shí)具備導(dǎo)電性和優(yōu)異的力學(xué)性能引起了學(xué)者的關(guān)注。有學(xué)者將多根碳納米管集結(jié)成束然后加捻為股線，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的碳納米管束的傳感系數(shù)為75，這一優(yōu)良性能足以使碳納米管成為新一代的應(yīng)變傳感材料。

納米金屬粒子材料

納米金屬粒子粒徑小，具有高電子密度、介電特性和催化作用。有學(xué)者在纖維織物上沉積納米銀，制備了導(dǎo)電性與彈性俱佳的復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，盡管金屬納米顆粒的長(zhǎng)徑比極小，但在復(fù)合物中均測(cè)得了高導(dǎo)電性和高彈性。

高分子復(fù)合材料

高分子聚合物是一種柔彈性好、導(dǎo)電性能優(yōu)異的材料，常用的有聚苯胺、聚吡咯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷等。高分子聚合物同樣存在著電性能與拉伸性能難以兼顧的缺陷，許多學(xué)者提出了將現(xiàn)有的良好導(dǎo)電材料與彈性材料機(jī)械共混的實(shí)驗(yàn)方案。如將導(dǎo)電高分子和高彈性的聚氨酯原料機(jī)械共混，制備的導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率較高。

天然纖維復(fù)合材料

導(dǎo)電聚合物覆蓋在天然纖維上也是制備柔性導(dǎo)電纖維的方法之一。研究發(fā)現(xiàn)，炭化蠶絲或再生絲素蛋白具有良好的導(dǎo)電性能，可用于能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。吉林大學(xué)化學(xué)院提出了一種對(duì)于可穿戴顯示器、傳感器等非常理想的多環(huán)芳烴棉聚合涂層導(dǎo)電織物，所得織物具有優(yōu)良的抗腐蝕性、自潔能力、導(dǎo)電性能并且可作為電容介質(zhì)。

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