[发明专利]一种具有传感和电容特性的螺旋纱的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有传感和电容特性的螺旋纱的制备方法，本发明采用以氨纶长丝为芯纱，在外包缠碳纳米管棉细纱并涂覆碳纳米管，然后采用化学原位聚合吡咯的方法制备了弹簧结构螺旋纱，然后在复合纱螺旋纱表面涂覆聚乙烯醇/磷酸凝胶。这种结构的纱线可拉伸，具有传感功能，同时凝胶作为电解质使得纱线具有电容特性，并作为隔膜很好的保护了聚吡咯，减少聚吡咯的脱落，提高了纱线的使用寿命；本发明将拉伸传感和可拉伸的柔性超级电容器两者合二为一，实现了功能多样化。本发明提供的制备方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及导电纱领域，具体涉及一种具有传感和电容特性的螺旋纱的制备方法。

背景技术

多功能电子产品在可穿戴领域发展前景广阔。目前一些初步的应用已经得到证实，如电子传感器、户外运动防护服、宇航服、医疗卫生行业等。传统的应变感应器种类主要是电阻应变传感器，其在外力作用下产生机械形变后，使电阻值发生相应变化。电阻应变片主要有金属(金属丝式、箔式和薄膜式)和半导体两类。然而基于半导体或金属材质的应变传感器柔韧性差，检测灵敏度有限，难以满足便携式可穿戴电子设备的要求。近年来研究人员致力开发可穿戴型应变传感器，因其具有一定柔性、贴合性、灵敏度、快速响应性、使用耐久性等特点，在医疗、运动检测、人机互动等方面具有重要的应用前景。

目前为止，柔性应变传感器件先后经历了不同发展历程：第一阶段是将普通电子元件如传感器、存储器、芯片等设计植入到面料或服装中。但是这种传感器不能折叠和清洗，难以大规模生产。第二阶段是将电子元件微量化，与纤维进行复合，经过编制制成电子智能纺织品。这种传感器传感元件较为单一，不易多次使用。近期发展新型柔性电子材料成为研究热点，如以纱线为基底的传感器或电容器。然而具有多种复合功能的电子产品目前仍然面临巨大挑战，如变形困难、韧性差、传感范围小、灵敏度低、稳定性差、功能单一、制作成本高、不能大规模生产等。虽然以纱线为基底的传感器或电容器种类繁多，结构多样，但是大多产品寿命短，功能单一，同时具有拉伸传感和电容特性的纱线并未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有传感和电容特性的螺旋纱的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种具有传感和电容特性的螺旋纱的制备方法，它包括以下步骤：

S1.将棉粗条在碳纳米管分散液中浸泡，超声50～70min，然后再温度为70～90℃的烘箱中烘干，剥散，重复操作，直至棉粗条单位长度的电阻不再发生变化；

S2.通过环锭纺纱制备线密度为14.5tex的棉细纱；

S3.将制备好的棉细纱在捻线机上包缠在氨纶长丝、橡皮筋或莱卡长丝上，制备包缠纱；

S4.将包缠纱在碳纳米管分散液中浸渍，烘干，重复操作，直到单位长度的电阻不再发生变化；

S5.在冰水浴条件下将步骤S4制备的包缠纱在吡咯溶液中浸泡并震荡，1.5～2.5h后加入氧化剂FeCL₃.6H₂O，继续震荡1.5～2.5h，制得螺旋纱，将制得的螺旋纱用无水乙醇和去离子水清洗，常温下晾干，备用；

S6.将步骤S5经处理后的螺旋纱在PVA凝胶电解质中浸泡，晾干，制得具有传感和电容特性的螺旋纱。

进一步地，步骤S1中所述的棉粗条的纤维长度为28mm，线密度为1.65tex。

进一步地，步骤S1中棉粗条单位长度的电阻不再发生变化时为80Ω。

进一步地，步骤S4中所述碳纳米管分散液的重量百分比为0.3wt％，包缠纱单位长度的电阻不再发生变化时为315Ω。

进一步地，步骤S4中所述重复操作的次数为4次。