【摘 要】
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环保、生态、智能化、数字化纺织服装是21世纪全球的主题,人们对服装的要求不再局限于美观与保暖,各种智能材料结合微电子技术与服装融为一体,越来越多的智能服装出现在人们的视野。柔性致动器是一种可以在多种条件下响应的柔性器件,与服装结合可以赋予服装多种功能,例如湿热管理、环境感知、运动辅助等。本论文针对人们对功能性服装增强人体机能的需求,通过对低成本、高灵敏响应材料的选择与结构设计制备了三种不同功能柔性
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环保、生态、智能化、数字化纺织服装是21世纪全球的主题,人们对服装的要求不再局限于美观与保暖,各种智能材料结合微电子技术与服装融为一体,越来越多的智能服装出现在人们的视野。柔性致动器是一种可以在多种条件下响应的柔性器件,与服装结合可以赋予服装多种功能,例如湿热管理、环境感知、运动辅助等。本论文针对人们对功能性服装增强人体机能的需求,通过对低成本、高灵敏响应材料的选择与结构设计制备了三种不同功能柔性致动器:湿热管理的薄膜致动器:以商业的低密度聚乙烯(LDPE)和石墨烯为原料,采用刮涂法将石墨烯浆料沉积在低密度聚乙烯表面制备双层薄膜致动器。原料为商用材料所以很容易获取,具备了大规模制造的可能。石墨烯和LDPE热膨胀系数差异很大,致动器在10℃的温度范围内就能灵敏的响应,致动器在光热、电热下都表现出优异的致动性能。LDPE具有取向性,致动器可以表现出多运动方向性。致动器可被用于智能服装中进行湿热管理,通过温度改变来控制致动器的弯曲与恢复,协助人体散热或保暖。气体传感的薄膜致动器:以碳纳米管(CNTs)、还原氧化石墨烯(r GO)和金属碳化物(MXene)为基底,分别旋涂聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备三种薄膜致动器。CNTs、r GO和MXene与PDMS热膨胀系数相差两个数量级,根据材料的特性,制备出的致动器初始状态为弯曲状态,具有“伪记忆效应”,致动器在低电压下就可以产生灵敏和大的变形。通过从导电薄膜的材料、施加的电信号、致动器的厚度比、致动器循环稳定性等多方面进行对比分析,探究出CNTsPDMS致动器在致动性能优异的同时又兼具循环稳定性,最有潜力被应用于智能服装。通过将致动器、烟雾传感器、防护服等进行设计与集成,设计了一款可以感知环境的“智能防护服”。运动辅助的螺旋型人工肌肉:以聚乙烯纤维和金属纱线为原料通过加捻和芯轴转绕的方法制备了两种不同结构的廉价人工肌肉,即复丝人工肌肉和芯轴卷绕的人工肌肉。聚乙烯纤维具有高柔性与高强度,作为人工肌肉的主体,金属纱线具有高导电性且耐高温,可以为主体提供热量。两种人工肌肉各有优点,复丝人工肌肉具有18%左右的变形能力,能够举起比自身重100倍的重物,芯轴卷绕的人工肌肉提重能力较弱但是具有50%左右的变形能力。人工肌肉大的变形和输出力在可穿戴运动辅助领域显现出巨大的应用前景。
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