智能纺织品电子信息论文.doc

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1、智能纺织品电子信息论文1电子信息智能纺织品导电材料的种类4学海无涯智能纺织品电子信息论文1电子信息智能纺织品导电材料的种类4学海无涯依据导电体不同对复合型导电高分子材料的分类见图1。图1依据导电体不同对复合型导电高分子材料的分类用于制备电子信息智能纺织品的导电高分子材料称为导电聚合物，其具有明显的聚合物特征，且若在两端加上一定电压，有明显的电流通过。依据材料的组成，可以将导电高分子材料分为复合型和本征型两大类［3］。前者是指将导电体加入到基体中构成的复合材料，后者是指基体本身具有导电功能的复合材料。本文主要讨论前者，按其导电体的不同，将导电材料分为4种:金属氧化物导电体，碳系导电体

2、，结构型导电高分子，金属系导电体。1．1金属氧化物导电体在聚合物中添加金属氧化物可制备导电复合材料。一般采用的导电体是氧化钒、氧化钛、氧化锌、氧化锡等粉末物质，目前最广泛使用的是氧化锌晶须(ZnOw)。1．2碳系导电体碳系导电体包括炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管。炭黑是一种天然的半导体材料，能够大幅度调整复合材料的电阻率(1～108Ω•cm)，如采用高温气相氧化和石墨化对炭黑进行处理，可以提高炭黑的比表面积和一定量炭黑吸收邻苯二甲酸二丁酯的体积值，降低表面基团特别是含氧基团的含量，改善复合材料的导电性［3］。石墨是自然界发现的最硬的材料，具有很好的导电性和导热性能，利用石墨制备的复合

3、材料，如尼龙/石墨、聚苯胺/石墨复合材料均具备良好的导电能力。碳纤维的导电性能介于炭黑和石墨之间，其体积电阻率约为1200×10－6～300×10－6Ω•cm。在复合材料中，碳纤维可使其形成的导电渗滤通道的临界体积分数很低，达到很高的导电性能所需的填充量很小［4］。碳纳米管是一种新型的导电体，在纳米纤维含量为0．5%～10%、碳纳米管质量分数为0．1%～0．5%时，复合材料具有很高的导电性能。1．3结构型导电高分子使用较多的是聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电物质，这些高聚物不需要加入其他导电性物质而依靠本身结构即具有导电性。1．4金属系导电体金属系导电体包括纯金属粉末和金属纤维。现阶段

4、应用最广的金属粉末是铁粉和铜粉。一般情况下，金属粉末的体积分数达到50%，会使导电复合材料的电阻率达到要求。将金属纤维填充到聚合物基体中，可制成导电性能优异的导电复合材料，其体积电阻率1．0×10－3～106Ω•cm。目前应用较多的金属纤维有铜纤维、不锈钢纤维和铁纤维等［5］。2电子信息智能纺织品导电材料的制备近年来，研究人员在电子信息智能纺织品导电材料的制备方面做了大量研究，笔者通过分析归纳将不同导电材料的制备方法分为4类，如图2所示。2．1混入法2．1．1编织法将导电纱线整合在织物结构中LiuY．［6］等人设计出一种应用在智能纺织品上的柔性可伸缩的磷酸铁锂电池，将LiFePO4

5、作为阴极，Li4Ti5O12作为阳极，固体聚氧化乙烯电解质作为分离层铺在阴极和阳极之间，然后将这3层放置在液体聚合物溶液中，在50℃下使溶液蒸发，最后3层合并在一起成为一个电池条。由于该种材料具有热塑性，故此条状电池可以被切断或者拉伸，并混入织物中。据报道，单个的电池条只能提供约0．3V的电压，若将8个聚合物电池条与棉布材料编织在一起(见图3)，用铜和铝作为导电线把它们串联起来，可以支持1个3V的发光二极管(LED)持续发光数小时(见图4)。图3电池条织入棉织物形成的导电线程图48个聚合物电池条供1个3伏LED灯发光KinkeldeiT．［7］等人提出一种纺织品一体化的电子鼻系统织

6、物(见图5)，将4种非导电聚合物分别在四种相应的溶剂中溶解，同时加入炭黑作为导电的填料，利用超声波震荡使颗粒分散均匀，从而制成4种不同聚合物复合材料的气体传感器。当气体传感器吸收有机溶剂后膨胀，聚合物内部的炭黑填料颗粒之间的距离会增加，使传感器的电阻发生变化。据报道，若使用柔性聚合物基板作为气体传感器的载体，将柔性聚合物基板形成的薄膜条(见图6)作为衬纬织入织物，在经向织入导电丝与柔性薄膜条接触，检测接触点的电阻变化，可以识别不同的溶剂蒸汽并对其进行分类。图5被织入织物的电子鼻系统图6基于柔性聚合物基材制成的薄膜条ZyssetC．［8］等人选用柔性塑料基板作为电子元件的载体，将它们

7、切成条状编织进纺织品。通过织入导线，在导线、条状柔性塑料基板以及接触点之间形成相互连接而成的总线拓扑型的编织网络(见图7)。据报道，导线和柔性塑料基板之间的接触点可承受20N的剪切应力，若将温度传感器集成到条状塑料基板上，织物的抗弯刚度将提高30%。图7带有导条和导线的机织物照片2．1．2改变纱线结构设置导电层和不导电层Gu，J．F．［9］等人开发出一种高灵活度的、基于导电聚合物而制备的具有高电容性能的纤维。通过在两个低密度聚乙烯的绝缘片之间添加一种导电聚合物，从而创