基于碳纳米管的可穿戴柔性传感器研究进展

天津工业大学纺织科学与工程学院;智能可穿戴电子纺织品研究所; 摘要:碳纳米管具有优异的电化学性能和生物相容性,基于碳纳米管材料的柔性传感器具有灵敏度高、成本低和兼容性良好等独特优势,在诸多领域得到广泛应用。首先阐述碳纳米管的性能及分类,然后综述几类基于碳纳米管的典型柔性传感器的研究进展,包括柔性压力传感器、柔性应变传感器、柔性温度传感器、柔性湿度传感器及其他柔性传感器等,详细介绍他们的传感原理、制备方法和传感性能。最后指出柔性传感器目前存在的问题,并对其发展前景进行展望。     

纤维素醚基传感器的研究进展

随着柔性可穿戴设备的快速发展,传统的半导体、陶瓷等材料难以广泛地单独应用于柔性传感器领域。天然纤维素来源广泛,是一种良好的柔性材料,但存在不能熔融、难溶于常规溶剂、理化性能差等问题,而纤维素醚能有效改善天然纤维素的上述问题,因此在传感、储能、产能和柔性器件等领域作为绿色基材得到了初步开发。基于纤维素醚基材料在便携化、多功能化、生物相容性等方面的良好性能,及其应用于柔性传感领域的巨大潜力,本文综述了纤维素醚的制备及纤维素醚基材料在应力应变传感、温/湿度检测、气体传感、离子检测等领域的最新研究进展,分析了纤维素醚基传感器应用前景和未来发展面临的挑战。     

导热氮化硼复合绝缘纸的制备与性能研究

为解决纸基绝缘材料散热不足的问题,本研究利用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对六方氮化硼（h-BN）填料进行表面改性处理后,添加到纸浆纤维中制备具有良好热传导性能和绝缘性能的导热氮化硼复合绝缘纸。研究结果表明,APTES对h-BN改性成功且改性h-BN导热填料热稳定性略有下降;当混合尺寸改性h-BN导热填料添加量为40 wt%时,绝缘纸的导热系数和体积电阻率分别为0.682 W/（m·K）和4.72×1014 Ω·cm,比原纸分别提高了387%和84.4%。     

纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

针对目前柔性智能可穿戴领域面临的产品功能单一、续航能力低、穿着舒适性差及三维扭曲形变时与人体贴合性不佳等问题,研究了基于纺织、材料、电子、通信、生物、能源及环境等多学科交叉领域的柔性智能可穿戴纺织品,分析了纤维基柔性智能可穿戴器件的制备方法、组成结构、三维形变与性能之间的关系。综述了近年来可 穿戴技术与产品的研究进展及纤维材料在柔性应变传感器、有机电化学晶体管基生化传感器、超级电容器、微生物燃料电池等柔性智能可穿戴领域的最新应用,指出可穿戴技术与纺织材料的融合是可穿戴产品发展的必然趋势和客观需求。     

纤维素基柔性导电材料的研究进展

纤维素基柔性导电材料具有良好的柔韧性、对环境友好、较高的导电率等优点,因而在智能可穿戴设备中具有很大的应用潜力。文中列举了纤维素基导电材料的制备方法,详细阐述了纤维素与碳材料、导电聚合物复合得到的柔性导电材料的特点,同时诠释了在纤维素基中掺入N、P、S、B等杂原子以及金属化合物对其导电性能的影响。并提出基于纤维素基柔性导电材料存在的问题和未来发展方向。     

纤维素功能纸的制备及其在能源转化应用研究进展

纤维素纸基功能材料近年来广泛用于柔性电子、光电子、能源与传感等高新科技领域。本文对比总结了纤维素纸功能化制备的常用技术手段,重点介绍了纤维素功能纸在太阳能电池、生物燃料电池和摩擦纳米发电机等能源转化领域的应用,最后指出了纤维素纸基功能材料目前存在的问题并展望了其发展前景。     

植物纳米纤维薄膜研究进展

植物纳米纤维具有良好的力学及光学性能、精细的纳米结构、优异的生物相容性,可用于制备层状多孔的纳米纤维薄膜。文章概述了植物纳米纤维的制备、成膜的主要方法及其原理,详细介绍了植物纳米纤维薄膜优异的力学、光学及阻隔等性能及其在包装材料、防伪印刷、生物医药、储能材料和柔性显示器件等领域的应用研究进展,并对其未来应用前景进行了展望。     

柔性纺织基定向导湿电渗复合材料制备及性能测试

智能可穿戴纺织品的核心问题是柔性智能器件的研发。基于微通道电渗透原理,选取导电性好、耐久性良、化学稳定性突出的碳纤维为柔性阳极材料,导电性良好、柔性佳且具有一定疏水性的金属无纺布为柔性阴极材料,设计并研发了柔性非对称式定向导湿电渗复合材料,该柔性器件可在低电压(1～6 V)下驱动水分定向流动,水流通速率在6 V电压下可达到147.26μL/(min·cm~2)。该柔性器件具有低电压和高水通量的优点,可实现快速吸湿排汗,且具有良好的穿着舒适性,可广泛应用于运动服装、医疗防护等领域,安全性高,市场前景广阔。     

纸基传感器的研究进展

近年来,柔性传感器以日新月异的速度进入大众视野,尤其是纸基传感器,因其具有柔性、成本低、可回收及环境可降解等优点被广泛应用于生物医学微流控、微生物检测、环境控制、食品安全及可穿戴等领域。虽然,纸基传感器相关研究仍在不断更新,但对其研究进展却缺乏全面而系统的报道;因此,本文主要对纸基传感器的制备方法、检测手段及多元应用进行详细的论述和总结,并对纸基传感器的最新发展和挑战进行综述,最后对该领域的未来展望提出笔者的看法和见解。     

碳纤维材料与碳纤维纸

介绍了碳纤维材料的性能、制造方法，对碳纤维纸的干法、湿法抄造工艺及设备进行了介绍。碳纤维纸可用于新型抗静电材料、空气净化、水净化及高屏蔽壁纸等领域。