聚苯胺/聚氨酯电纺纳米纤维膜制备及柔性应力应变传感器组装

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高分子导电聚合物聚苯胺因其成本低廉、原料易得、合成工艺简单，物理化学特性优异、结构设计多样化、特有的掺杂方法、良好的环境稳定性，在传感器方面有广阔的应用前景。弹性聚氨酯因耐磨性能优越，耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、耐低温、粘结力强、生物相容性好，被选择作为静电纺丝的原材料。本课题首先以聚氨酯为原料，通过静电纺丝技术制备聚氨酯纳米纤维基材；采用原位聚合法，在聚氨酯纳米纤维膜上原位生成聚苯胺纳米颗粒，得到导电性良好的柔性材料，并应用于柔性应变传感器。自制超薄柔性聚氨酯/聚苯胺应变传感器，并对该应变传感器的一系列性能进行评价，包括机械性能、导电性能和应变响应灵敏性。论文主要工作如下：
　　（1）以聚氨酯为原材料，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量浓度为20％的聚氨酯溶液作为静电纺丝的纺丝液在自行搭建的静电纺丝装置上进行纺丝。通过三组单一变量实验，得到静电纺丝的最佳工艺条件——纺丝液质量浓度为20%，纺丝电压为15kV和接收距离为12.5cm。
　　（2）以聚氨酯纳米纤维膜作为基体材料，以准备好的聚氨酯纳米纤维膜作为基体材料，通过化学原位聚合反应，在聚氨酯纳米纤维膜基体上聚合聚苯胺，制备聚氨酯/聚苯胺复合纳米纤维材料。扫描电镜结果显示，聚苯胺能够均匀包覆在聚氨酯纳米纤维表面；红外图谱证实了复合纳米纤维中聚苯胺的存在；拉伸断裂实验表明，聚氨酯/聚苯胺复合纳米纤维具有良好的机械性能；导电性能测试说明，聚苯胺最佳聚合工艺为苯胺单体浓度1.3 mol/L、聚合时间120 min；通过导电性能测试可知，PU/PANI复合纳米纤维导电性能优良，电导率可达7.6×10-1S/cm，经反复水洗后，电导率稍有下降，聚苯胺与聚氨酯纳米纤维结合较为稳定。
　　（3）将聚氨酯/聚苯胺复合纳米纤维膜与柔性PVC结合，自制超薄柔性应变传感器（厚度约为10微米）。分别探讨弯曲应变和拉伸应变下该柔性应变传感器的灵敏性，绘出标准化电阻-应变的响应曲线，并探讨单个应变循环周期内应变传感器电阻变化规律。实验证明，该柔性传感器的标准化电阻具有良好的可逆性，反应十分灵敏，有望应用于精密传感器件、智能纺织品等领域。

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作者
王玉姣;
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作者单位

青岛大学;

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授予单位青岛大学;
学科纺织工程
授予学位硕士
导师姓名曲丽君;
年度 2016
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
聚苯胺; 纳米纤维膜; 静电纺丝; 机械性能; 聚氨酯; 应力应变传感器;

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