【摘 要】
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近年来随着智能纺织品的应用越来越广泛,面向智能织物的变色纤维技术随之发展迅速,而在人们对“可控可视化”器件的需求越来越广泛的当今社会,电热致变色纤维逐渐进入研究人员的视野。电热致变色纤维是指在施加一定电压的条件下,纤维能可逆地改变颜色,呈现出一种可调节的视觉变化。本课题采用传统纤维作为基底材料,首先通过无电沉积(ELD)技术在纤维上沉积一层金属铜(Cu)制备出导电纤维,再通过给导电纤维包覆感温变色
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近年来随着智能纺织品的应用越来越广泛,面向智能织物的变色纤维技术随之发展迅速,而在人们对“可控可视化”器件的需求越来越广泛的当今社会,电热致变色纤维逐渐进入研究人员的视野。电热致变色纤维是指在施加一定电压的条件下,纤维能可逆地改变颜色,呈现出一种可调节的视觉变化。本课题采用传统纤维作为基底材料,首先通过无电沉积(ELD)技术在纤维上沉积一层金属铜(Cu)制备出导电纤维,再通过给导电纤维包覆感温变色材料制备出电热致变色纤维,以实现纤维颜色的多样化、纤维变色的可控化,最后,探讨了电热致变色纤维的电学、光学和机械等性能。主要研究结果及内容如下:(1)分别采用棉纱线、涤纶(PET)纱线和纤维作为基底材料,通过ELD技术,制备出不同的导电纱线或导电纤维,并通过一系列的表征手段,对比了它们性能的优缺点。结果显示,以PET纤维为基底材料制备的导电纤维的电学性能最好,ELD沉积到纤维上的金属镀层更为均匀和致密,因此后续实验所采用的基底材料都是PET纤维。本课题还探究了对纤维基底做碱前处理对ELD结果的影响,研究表明,碱前处理能去除纤维表面的油脂和杂质,使纤维变得更光滑,之后再进行ELD能有效改善导电纤维的电学性能,电导率可达到7.84 × 105 S/m。此外,ELD反应不同的时间所获得的导电纤维的性能也有不同,这是因为随着ELD反应时间的增长,沉积到纤维表面的金属镀层逐渐变厚,纤维的直径也随之变大。数据表明,ELD反应在30 min后开始变慢,在50 min后基本停止,此时的金属Cu镀层的厚度约8.74 μm,Cu纳米颗粒的平均尺寸是40 nm左右。为了使导电纤维的电学性能进一步优化,本课题还对导电纤维进行了退火处理,考虑到PET纤维在高温下会失去服用性能,这里所采用的退火温度分别是100℃、150℃和200℃。结果表明,退火能有效改善导电纤维的电学性能,退火温度为200 ℃时,获得的纤维的电导率能达到6.50 × 106 S/m。与此同时,Cu纳米颗粒的尺寸也逐渐增大,达到67.9nm。尽管退火处理后ELD-PET导电纤维的力学性能有一定的下降,但仍符合服用性能。(2)电热致变色纤维是通过本课题组搭建的包覆卷绕装置制备的,可实现连续化制备,变色层采用的是感温变色油墨,变色温度是38℃,即温度≥38℃时,该油墨的颜色会发生改变,当温度<38℃时,油墨恢复成原本的颜色。ELD-PET导电纤维表面包覆感温变色油墨后,便构成了电热致变色纤维,接通电源后,纤维能可逆的改变颜色。对电热致变色纤维的性能进行表征,数据显示,电热致变色纤维的直径为197.6μm,选取5 cm长的电热致变色纤维,当接通的电压为1.5V时,纤维完全由红色变为绿色,此时的温度最高可达64.70℃,并且该变色过程可逆。(3)用ELD技术制备的电热致变色纤维具有良好的耐水洗性能,经过五次洗涤后,纤维的电导率仍能达到1.26 × 105 S/m。另外,纤维的柔性较好,经过500次弯折拉伸循环后,其电导率基本不受影响,仍可达到1.70 × 105 S/m,通电后响应较快,纤维改变颜色的平均响应时间为0.97 s,纤维恢复颜色的平均响应时间为3.53 s。此外,电热致变色纤维可通过刺绣的方式展现在织物上,以达到模拟“变色龙”的效果。
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