基于液态金属的弹性导电纱线及织物制备

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导电纱线与织物是制作智能服装的必备材料,目前大多数的导电纱线和织物无法做到高电导率与柔性及其变形回复性能的统一,这限制了智能服装的发展。目前,大多数的导电纱线和织物难以兼具高电导率、柔性及其变形回复性能,或质硬、或拉伸后电导率大幅度下降等。液态金属(liquid metal,LM)是一种具有优异导电性能、常温下具有良好形变特性的材料,引起了研究者的诸多关注。本论文针对液态金属与基材结合性能不足等问题,首先对液态金属进行改性,然后制备了基于改性液态金属的导电纱线、织物、薄膜及导电海绵,兼具柔弹性及高导电性能,对影响这些导电材料的性能进行了系统研究,并进一步对LM-导电海绵在脉搏测试上进行了应用探索研究。(1)用微米级铜粉对液态金属进行改性,在降低其表面张力的同时,提高了和基材的结合性能。将其均匀涂覆在弹性纱线表面,制备弹性导电纱线。当Cu的质量分数为8%~13%时,Cu-LM对纱线具有良好的涂覆性能;在纱线伸长率为200%的情况下,电阻最大变化也不超过3.00Ω。(2)将铜粉改性的液态金属,进一步涂覆在橡胶薄膜及TPU覆膜弹性织物表面,并采用PDMS进行封装,获得LM-导电薄膜及导电织物导线。无论是LM-薄膜还是LM-织物,在50次拉伸回复下,电阻变化都很小,不大于0.15Ω;具有和弹性导电纱线同样的抗氧化性能及高电导率。其中,LM-薄膜可拉伸400%,而织物的拉伸率可达到60%,长度方向电阻变化为0.12-21.62Ω。(3)用牺牲模板法制作PDMS海绵,将液态金属浸入其中,制备导电性能优异的弹性海绵。在受到外力挤压时,LM-PDMS海绵由发生由不导电状态到导电状态的转变,其形变越大,导电性能越好。根据海绵内部的液态金属质量与受挤压程度不同,海绵的电阻值可达0.015-290.58Ω。该LM-PDMS海绵被成功用于探测人体运动过程中的脉搏变化。显然,LM应用于弹性纱线及织物,是获得高电导率、良好弹性及电导率保持性的导电单元的极好方式。
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