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导电高分子复合材料(CPCs)是指以高分子作为柔性基底,通过加入不同种类和类型的导电填料复合制备而成,CPCs具有良好的导电性、柔韧性且易于加工等特点,在防静电材料、电磁屏蔽材料、感温材料、传感元器件等领域得到大量的研究,柔性可穿戴应变传感器由此应运而生,实现了在人机交互、人体健康监测等领域的应用。文中我们采用静电纺丝、超声分散和银镜反应等方法制备热塑性聚氨酯(TPU)/还原氧化石墨烯(RGO)/盐酸多巴胺(PDA)和TPU/PDA/碳纳米管(CNTs)/银纳米颗粒(Ag NPs)柔性导电高分子复合材料(定义其为TPCA),它们不仅具有宽的应变检测范围同时也具有超高灵敏度,对这两种柔性导电纤维膜的详细研究如下:1、PDA/RGO/TPU应变传感器的制备及性能研究(1)通过静电纺丝法将TPU制成柔性基底,再经过超声法在纤维膜表面包覆RGO导电填料,最后经过原位聚合将多巴胺聚合在RGO/TPU膜表面,制备PDA/RGO/TPU柔性复合纤维膜,并测试其力学和电学性能。(2)对RGO/TPU导电纤维膜聚合多巴胺前后的响应性能分别进行了测试,通过对比发现,经过聚合多巴胺以后得到的PDA/RGO/TPU导电复合纤维膜与RGO/TPU纤维膜在相同的拉伸应变下响应度(GF)提高两倍左右(应变在0%-60%的拉伸应变范围内时,前者GF=23.2,后者GF=12.8)。(3)在拉伸敏感测试中,该纤维膜表现出快速的响应时间100 ms,并且在不同拉伸应变下很好的符合欧姆特性,展现出优异的循环稳定性和再现性,并且分析了纤维膜在施加拉伸应变过程中的响应机理。(4)采用敷贴将PDA/RGO/TPU导电复合纤维膜固定在人体各个关节处(如手指、手腕、肘部等)可对人体运动进行实时监测。(5)对该纤维膜进行了透气性测试,实验结果表示PDA/RGO/TPU纤维膜覆盖的玻璃瓶的水蒸发率(38%)与敞口瓶的水蒸发率(39%)几乎相等,即PDA/RGO/TPU传感器具有良好的透气性,本性能有利于大大提高可穿戴设备的舒适性。(6)研究了PDA/RGO/TPU传感器对有机气体和不同环境湿度的传感性能,结果表明该传感器对有机气体和环境湿度的变化都呈现出显著的响应性能,说明该纤维膜传感器拥有优异的环境监测能力。2、TPU/PDA/CNTs/Ag NPs柔性导电复合材料的制备及性能研究(1)通过静电纺丝的方法制备三维网络结构的TPU作为柔性基底,后在纤维表面引入聚多巴胺作为活性位点,再经过超声的方法将CNTs固定在纤维膜上以提高响应范围,最后加入硝酸银(Ag NO3)并还原生成银纳米颗粒制备了TPU/PDA/CNTs/Ag NPs(TPCA)柔性导电复合材料。通过使用SEM和XRD分析了本文制备银纳米银颗粒形态,观察发现银纳米颗粒均匀分布在纤维表面,其与CNTs的有效协同使材料获得双导电网络结构。(2)对TPCA柔性导电复合纤维膜进行拉伸测试,实验结果表明该纤维膜不仅具有优异的可拉伸性(断裂伸长率约600%),超宽的检测范围(500%),超高的灵敏度(当应变达到400%时,GF值可以达到1×106级别),响应速度很快(约为90 ms)同时拥有优异的循环耐久性(可以经历10000次循环)。(3)对该纤维膜在施加不同的应变下的循环性能进行测试,应变从0.1%到500%该纤维膜都可以稳定的做出响应,并且响应曲线都很稳定,且在循环过程中保持力电性能的同步。(4)对该纤维膜的电加热性能进行了测试,通过施加不同的低电压能使纤维膜加热到不同的温度,当电压施加到1 V时温度可以升高到55℃左右,此温度可以很好地作为电热理疗元器件使用。(5)为了检测其实际应用性能,我们使用所制备的TPCA导电复合材料贴在面部来进行鼓气测试,固定在手腕处进行腕关节弯曲运动,贴在手腕脉搏处进行脉搏跳动监控等均表现出稳定的响应,这为其在可穿戴设备中的应用提供了现实依据。