还原氧化石墨烯基织物的制备及其电阻应变/电加热行为表征

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石墨烯基材料因其优异的电学性能和热学性能而备受关注,被认为是制备高性能可穿戴电子产品的理想材料。同时,纺织材料具有耐水洗、质量轻、可变形等优异的性能。因此,结合织物与石墨烯材料的优势,对制备高性能可穿戴智能织物具有重要的研究意义。目前对石墨烯基电子织物已有较多的研究报道,但对可穿戴智能织物的电学机理及界面电阻的研究甚少。基于此,本文通过浸涂法制备还原氧化石墨烯(Reduced Graphite Oxide,RGO)涂层涤纶织物,系统表征RGO涂层涤纶织物的电阻应变行为及其机理、RGO涂层涤纶织物的电加热性能,解耦RGO涂层涤纶织物的接触界面电阻,具体研究内容与结论如下:(1)研究了RGO涂层涤纶织物在拉伸、刺压、剪切、扭转等作用下的电阻应变行为,包括灵敏度、稳定性与传感范围。结果表明:RGO涂层涤纶织物具有较高的灵敏度(在10.7%的应变下敏感系数值为-5.92)、良好的稳定性(>1 000次循环)以及较宽的传感范围,可以实时监测各种人体信号(手指弯曲、关节运动、脉搏等),在柔性传感器领域具有广泛的应用前景。(2)针对RGO纳米片与涤纶织物的黏附性与耐久性,研究了水洗对其导电性能和力学性能的影响。结果表明:经过水洗循环后,RGO涂层涤纶织物导电性能有所下降,但仍能保持良好的界面相互作用。此外,水洗作用对RGO涂层涤纶织物的力学性能几乎没有影响。(3)提供了RGO涂层涤纶织物在外加电压或外加电流作用下的电加热行为。结果表明:在10 V的外加电压下,RGO涂层涤纶织物可达到65.58℃的稳定温度,最大升温速率为3.41℃/s。在0.055 A的外加电流作用下,RGO涂层涤纶织物在20 s内可快速加热到89℃左右的稳定温度,最大升温速率为11.78℃/s。(4)研究了RGO涂层涤纶织物在电加热过程中的电阻温敏行为。结果表明:RGO涂层涤纶织物的电阻随温度的增加而减小。当RGO涂层涤纶织物达到89℃的稳定温度时,其相对电阻值大约下降了30%。此外,在所研究的温度范围内,RGO涂层涤纶织物的电阻与温度呈良好的线性关系,电阻温度系数为-0.372%/℃。这表明RGO涂层涤纶织物可作为温度传感器。(5)解耦了RGO涂层涤纶织物的接触界面电阻,为材料的界面电学和电热分布提供了一种分析方法。结果表明:RGO涂层涤纶织物与铜箔之间的接触界面电阻小于织物本体的电阻,进而接触界面电热升温低于织物本体。
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