隨著紡織科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,紡織物的雙重功能特征日漸明顯,即傳統(tǒng)穿著物基體和具有傳感表征功能特征的織物發(fā)展迅猛,并逐漸取代植入式傳感器成為真正意義一物同質(zhì)、同形的雙功能織物。集傳感材料、信息科學(xué)、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)及人體工學(xué)為一體的智能感受織物“人工皮膚”已經(jīng)成為高技術(shù)紡織領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)方向�；谀壳笆袌�(chǎng)傳感器通常為剛性器件,如何將電子器件柔性化、可穿戴化、綠色化是亟需解決的問(wèn)題。因此,本課題采用表面金屬鍍層長(zhǎng)絲為本征敏感材料,輔以彈簧鞘復(fù)合線(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),構(gòu)建了以電阻、電感為檢測(cè)信號(hào)的功能性力學(xué)傳感器,對(duì)其傳感機(jī)制、結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性進(jìn)行了理論建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并成功應(yīng)用于人體關(guān)節(jié)彎曲等運(yùn)動(dòng)信號(hào)和人體呼吸等健康信號(hào)的監(jiān)測(cè),以及人體動(dòng)作和形體的三維重構(gòu),實(shí)現(xiàn)了力學(xué)柔彈性和皮膚共形性產(chǎn)品的設(shè)計(jì),具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和社會(huì)效益。首先,本文采用自制包纏紡紗系統(tǒng)制備了以鍍銀錦綸長(zhǎng)絲為鞘、氨綸長(zhǎng)絲為芯的復(fù)合線(xiàn),對(duì)不同捻度彈簧鞘復(fù)合線(xiàn)的表面形貌和力-電學(xué)行為進(jìn)行了表征和分析,并建立了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較好的復(fù)合線(xiàn)靜動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)復(fù)合線(xiàn)的導(dǎo)電機(jī)制進(jìn)行了探討。通過(guò)原位觀(guān)察不同捻度彈簧鞘復(fù)合線(xiàn)靜動(dòng)態(tài)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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電子織物傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景Figure1-1Applicationofelectronictextilesensor

蘭?0年代，最早的不銹鋼纖維Brunsmet是由美國(guó)Brunswick公司通過(guò)拉絲法研制并生產(chǎn)的[22]，即不銹鋼絲反復(fù)通過(guò)拉伸模具進(jìn)行牽伸細(xì)化而產(chǎn)生。金屬導(dǎo)電纖維的制備方法包括熔融紡絲法、拉絲法和切削法，包括不銹鋼纖維、銅纖維、鉛纖維等。不銹鋼纖維是最為常見(jiàn)的金屬纖維，其次還有銅、鉛、鋁、鎳等金屬纖維。金屬纖維具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、耐腐蝕性和導(dǎo)熱性，但纖維之間飽和力小，可紡性差，一般與其他纖維混紡或復(fù)合成紗[23]。金屬導(dǎo)電纖維于20世紀(jì)70年代末開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于紡織、軍事、化工、電力和通訊等領(lǐng)域[24]。圖1-3無(wú)摻雜-共軛結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)[25]Figure1-3Structureofconductivepolymerswithundopedindole-conjugatestructure導(dǎo)電聚合物的研究始于1977年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)Shirakawa等首次在摻雜聚乙炔中發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電性能[26,27]，其電導(dǎo)率最高可以達(dá)到107Sm-1數(shù)量級(jí)，這種導(dǎo)電率高于汞（~1.04106Sm-1），與銅（~5.65107Sm-1）的導(dǎo)電率相當(dāng)，引起了科學(xué)家們廣泛的關(guān)注。他們隨后的一系列研究進(jìn)展使其獲得了2000諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。自導(dǎo)電聚乙炔發(fā)現(xiàn)后，人們發(fā)現(xiàn)了許多其他具有共同的π共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物及其衍生物，包括聚吡咯（PPy）[28]、聚苯胺（PAni）[29]和聚噻吩（PTh）類(lèi)，圖1-3展示了不同單體化學(xué)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物[25]。由于導(dǎo)電聚合物單體大多有毒，且由于主鏈中的共軛結(jié)構(gòu)使其很難熔融或溶解，因此紡絲加工過(guò)程比較困難，目前仍較難應(yīng)用于紡織品[23]。其中，發(fā)展最為成熟的為聚苯胺導(dǎo)電纖維，

合，通過(guò)化學(xué)還原得到石墨烯/金屬纖維，銀摻雜石墨烯纖維電導(dǎo)率可達(dá)9.3×104Sm-1，電流容量高達(dá)7.1×103A/cm2[44]。1.2.2導(dǎo)電紗線(xiàn)導(dǎo)電紗線(xiàn)可由導(dǎo)電纖維加捻、復(fù)合紡紗而成[45]，也可由紗線(xiàn)直接碳化處理、浸漬涂層導(dǎo)電材料等方法獲得。紗線(xiàn)碳化與纖維碳化方法類(lèi)似，紗線(xiàn)在高溫下將脫水碳化形成含碳導(dǎo)電紗線(xiàn)，該方法可以保證紗線(xiàn)基本的螺旋結(jié)構(gòu)，但強(qiáng)力降低[46]。表面涂層法是指在紗線(xiàn)表面涂覆金屬、碳材料等導(dǎo)電材料賦予紗線(xiàn)導(dǎo)電性。東華大學(xué)TMT課題組王勇[47]采用環(huán)錠紡紗技術(shù)制備了三軸系非等匯聚點(diǎn)高彈導(dǎo)電復(fù)合紗（圖1-5），將金屬纖維固定在復(fù)合線(xiàn)中，該復(fù)合紗在拉伸時(shí)電阻恒定，彈性回復(fù)性好。圖1-5高彈導(dǎo)電紗結(jié)構(gòu)示意圖[47]Figure1-5Schematicdiagramofhighelasticconductiveyarnstructure1.2.3導(dǎo)電織物導(dǎo)電織物可以由導(dǎo)電纖維和紗線(xiàn)編織得到，也可通過(guò)直接在原坯布上表面涂層導(dǎo)電材料、或者將織物進(jìn)行碳化處理得到，第一種方法由于導(dǎo)電纖維及紗線(xiàn)的導(dǎo)電物質(zhì)容易在織造過(guò)程中磨損，且導(dǎo)電纖維的強(qiáng)度和可織造性較差，其實(shí)用性受到限制。1991年，美國(guó)美利肯研究公司R.V.Gregory等通過(guò)在滌綸織物表面原位聚合聚吡咯（PPy）制備了最低方阻為80Ω/sq的導(dǎo)電織物[48]。2003年，韓國(guó)中央大學(xué)Kyung也采用同樣的方法在尼龍氨綸混紡織物表面涂覆聚吡咯（PPy），制備的導(dǎo)電織物電導(dǎo)率為980Sm-1[49]。該種方法還可用于構(gòu)筑其他導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電織物，如PPy、PTh、聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）。通常的做法是將織物浸泡在含有單體，氧化劑和摻雜劑的溶液中進(jìn)行聚合[50]。1997年，張碧田等以尼龍織物為基底，經(jīng)表面粗化和活化處理后進(jìn)行了電鍍鎳處理，得到了表層為鎳層的導(dǎo)電尼龍織物，并研究了鍍鎳工藝對(duì)織物導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的影

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