[发明专利]复合导电纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水凝胶纤维的制备方法，包括使包含单体、交联剂和光引发剂的原料在模具中接受光照射处理，从而获得水凝胶纤维。本发明还公开了一种复合导电纤维，包括：水凝胶纤维；包覆在所述水凝胶纤维表面的导电层；以及任选地，包覆在所述导电层表面的防水层。所述导电层为可拉伸的导电层。本发明的复合导电纤维可同时具有可愈合性、可拉伸性和多环境耐受性。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶纤维、包含水凝胶纤维的复合导电纤维及其制备方法和应用。

背景技术

导电纤维是可穿戴电子产品开发的重要组成部分。与传统的金属丝相比，金属包覆聚合物导电纤维因其重量轻、高弹性和柔软度等特点而具有广泛的优势和应用；它们还具有较高的成本优势，并且可以容易地集成到纺织品中。然而，重复拉伸、弯曲、磨损或切割等机械损伤将不可避免地导致此类导电纺织品的电阻增加。此外，这些导电纤维还容易受到极端环境(如高相对湿度、极冷和干燥天气)的影响。这些损伤会导致纤维结构的不可逆劣化，引发导电纤维的力学性能和功能性的急剧变化；并最终导致设备故障。

金属包覆聚合物导电纤维通常分为导电层包覆的柔性芯，或介电弹性体包覆的导电纤维。基于先前的研究，在纤维的芯或鞘中引入自修复聚合物可以修复纤维受损的机械性能和功能，大大提高了材料的可靠性和使用寿命。例如，通过用聚吡咯和碳纳米管(CNTs)等导电材料包裹自修复聚合物纤维，导电纤维的创面在被切割后会自我修复；这种过程仅由纤维的动态氢键或离子键驱动。但这些纤维由于拉伸性有限，并未广泛应用于可穿戴电子行业。

因此，研究和考察了将水凝胶用于制备可拉伸导电纤维。它们不仅在大应变(其原始长度的20倍)下表现出优异的韧性和弹性，而且在与导电材料(例如碳基材料、导电聚合物或金属材料)混合或涂覆后还具有导电性。然而，传统的水凝胶由于含水量高，在干燥条件下脱水和在寒冷环境下变硬的缺点明显，导致在极端环境下尺寸发生变化和功能丧失。

为了解决这些缺点，研究人员曾尝试在水凝胶网络的溶剂中加入大量的钠离子或醇类试剂，以降低水凝胶中水的冰点；以及提高所得导电纤维的保水能力。此外，疏水弹性体涂层还可以赋予纤维防水能力。但由于缺乏合适的材料和结构设计，这些纤维在现阶段的自愈合性还不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的一个或多个问题，提供一种水凝胶纤维的制备方法，包含水凝胶纤维的复合导电纤维，及其制备方法和应用。本发明的复合导电纤维具有可愈合性、可拉伸性和多环境耐受性中的一种或两种或全部。

根据本发明的第一个方面，提供了制备水凝胶纤维的方法，包括使包含单体、交联剂和光引发剂的原料在模具中接受光照射处理，从而获得水凝胶纤维。

根据本发明的第二个方面，提供了根据本发明的第一个方面的方法制备得到的水凝胶纤维。

根据本发明的第三个方面，提供了一种复合导电纤维，包括：

水凝胶纤维；

包覆在所述水凝胶纤维表面的导电层；以及任选地，

包覆在所述导电层表面的防水层。

根据本发明的第四个方面，提供了制备根据本发明的第三个方面所述的复合导电纤维的方法，包括：

提供水凝胶纤维；

在所述水凝胶纤维的表面形成导电层；以及任选地，

在所述导电层的表面形成防水层。

根据本发明的第五个方面，提供了根据本发明第二个方面所述的水凝胶纤维或根据本发明第三个方面所述的复合导电纤维在纺织品或可穿戴电子产品中的应用。

根据本发明的第六个方面，提供了一种纺织品，其包括根据本发明第三个方面所述的复合导电纤维。