【摘 要】
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织物基应变传感材料是一类能够对外界应变进行实时监测的复合织物材料,它通常依靠负载的导电组分实现对应变刺激的电学反馈。然而,导电组分与织物基底之间弱的物理相互作用会降低其机械稳定性。此外,赋予织物基材料以可视化感知外界应变的能力也逐渐受到人们的重视。针对上述问题,本论文通过向导电组分和织物基底之间引入化学键合作用以提升材料的机械稳定性,并利用光子晶体弹性材料的力致变色特性及动态共价网络的动态交换能力
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织物基应变传感材料是一类能够对外界应变进行实时监测的复合织物材料,它通常依靠负载的导电组分实现对应变刺激的电学反馈。然而,导电组分与织物基底之间弱的物理相互作用会降低其机械稳定性。此外,赋予织物基材料以可视化感知外界应变的能力也逐渐受到人们的重视。针对上述问题,本论文通过向导电组分和织物基底之间引入化学键合作用以提升材料的机械稳定性,并利用光子晶体弹性材料的力致变色特性及动态共价网络的动态交换能力,构建具有力致变色及自愈合性能的织物基可视化应变传感材料,具体研究内容如下。（1）以纬编针织涤纶布（WPF）为柔性基底,基于等离子处理在WPF上引入的活性基团与铝掺杂氧化锌（Al-ZnO）前驱体之间的化学反应,制备了Al-ZnO包覆WPF（WPF@Al-ZnO）织物基应变传感材料。外力作用下,WPF@Al-ZnO的电阻随着应变的增大而减小,在0%-30%、30%-90%和90%-200%应变范围内的灵敏度系数（GF）分别是-1.84、-0.45、-0.05。由于Al-ZnO薄膜与WPF纤维之间的化学键合作用,WPF@Al-ZnO在摩擦（50 k Pa摩擦头,30次往复摩擦）、水洗（200 min皂洗）和日晒(一周,功率1.1 W m-2)后依然具有稳定一致的电学响应性能,展现出优异的机械和日晒稳定性。构建的WPF@Al-ZnO应变传感器件能够对人体运动进行监测,展现出良好的运动监测性能。（2）为赋予WPF@Al-ZnO以可视化传感功能,设计合成聚四氢呋喃（PTMG）/异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）/戊二醇（PDO）/二氧化硅包覆聚苯乙烯（PS@Si O2）（简称PTIP）光子晶体弹性材料。通过半嵌入形式将二者结合,制备PTIP光子晶体/WPF@Al-ZnO织物基可视化应变传感材料。拉伸时（0%-65.0%）,其下层WPF@Al-ZnO通过导电通路的重构输出相对电阻变化（-68%）,上层光子晶体弹性材料通过晶格间距的变化产生结构色变化（604 nm-557 nm）;15%应变下,力致变色和电学响应时间为0.34 s,从而实现了对外界应变快速同步的可视化监测和电学响应。基于上述织物基材料构建了可视化应变传感器件,在人体运动监测中展现出良好的电学响应和可视化监测能力。（3）为获得长寿命的织物基应变传感材料,以碳化织物（CCT）作为导电传感组分,设计合成PTMG/聚-1,4-丁二醇双（4-氨基苯甲酸酯）（PBDAB）/IPDI/丙三醇（GLY）/PS@Si O2（简称PPIG）光子晶体弹性材料。通过将CCT全嵌入其中,制备PPIG光子晶体/CCT基可视化应变传感材料。拉伸时（0%-65.0%）,材料能够产生同步的结构色变化（626 nm-557 nm）和相对电阻变化（730%）。基于高温下弹性体网络中氨酯键的动态交换能力,外层光子弹性材料的结构在受到破坏后能够自愈合,实现了可视化功能的自修复。同时凭借全嵌入式结构,内层CCT不受外界干扰,确保了材料电学响应性能的长期稳定。通过与无线传感技术集成构建了可视化无线应变传感器件,实现对人体运动的远程电学监测和可视化感知。
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