用于心电监测织物的高导电有机纤维制备与性能研究

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高导电和高电导应变稳定性的导电纤维是可穿戴医疗设备、能源收集织物、软显示屏及智能服装等新型应用的重要材料。然而,目前实验室研究的方法制备过程复杂、成本高、电导应变稳定性低,极大限制了该材料的广泛应用。为了满足高导电纤维材料在实际市场和研究中广泛应用的需求,本论文使用具有良好导电性和变形耐久性的一维纳米材料作为导电涂层,设计了基于电晕处理的同轴喷嘴多次包覆的工艺来制备高导电有机纤维。通过多元醇法制备了银纳米线(Ag NWs),并研究了不同表面活性剂对碳纳米管(SWCNTs)的分散效果。采用电晕方法对基底纤维聚酰胺6(PA6)进行前处理以增加纤维与涂层的粘附性。设计了同轴喷嘴多次包覆的导电纤维制备工艺及装置,实现纳米材料在纤维表面的多次包覆及PEDOT层的表面覆盖,成功制备了Ag NWs和SWCNTs两种涂层导电纤维。对导电纤维的形貌、电导率、应变电导率、拉伸-回复性等进行了表征及测试。结果表明Ag NWs涂层纤维具有高导电性和电导应变稳定性,SWCNTs涂层纤维具有较好的导电性、高电导应变敏感性和重复性。分析表明,Ag NWs涂层纤维的高导电性及高电导应变稳定性是由于加热辐射焊接形成的Ag NWs稳定电阻网络作用,可作为中低频信号的传输导线;符合无规隧道结模型的高电导敏感性和重复性的SWCNTs涂层纤维可作为较好的应变传感器纤维基材。心电信号作为人体重要的生理信号,验证制备的高导电有机纤维适用于心电监测织物,且具有良好的心电信号传输稳定性,对该导电纤维的广泛应用具有重要参考意义。因此本论文设计了一种心电采集平台,主要由电源管理模块、MCU控制模块、多路开关控制模块、天线模块、心电采集模块等部分组成。测试并验证了Ag NWs涂层导电纤维作为心电监测织物中信号传输导线的可靠性和稳定性。本论文的导电纤维制备工艺可很好地与工业生产兼容,制备的高导电高稳定性有机纤维也为人体生理信号监测智能服装的实现提供了新方案。
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