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高弹性 MXene/TPU 纳米纤维纱线的制备

产品手册    2021-10-28 16:20

近年来,弹性可穿戴的微电子传感器件由于其在软体机器人、人体运动监测和健康监护等领域的潜在应用而备受关注。传统的应变传感器通常是由刚硬的金属以及半导体材料,并且具有较小的应变范围和较低的灵敏度,这极大的限制了其智能可穿戴应用。相对于其他传感机制,电阻型应变传感器具有应用范围广、测试便捷等优势。因此,高性能电阻式应变传感器的开发是可穿戴式运动监测系统的关键。本研究采用静电纺丝技术并结合喷涂方法,在TPU 纳米纤维纱线表面及内部建立MXene 导电网络,来制备MXene 改性的纳米纤维纱线。

 

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

氟化锂;无水乙醇、浓盐酸、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF);TPU;Ti3AlC2 (MAX)。发射扫描电子显微镜;X 射线衍射仪;透射电子显微镜;数字万用表;高压直流电源;集热式磁力搅拌器;单纤维强力机;静电纺丝设备及纳米纤维纱线加捻器。

 

1.2 方法

1.2.1 MXene 的合成

MXene 采用原位氢氟酸选择性刻蚀法进行制备,具体制备流程如下:将氟化锂加入到盐酸溶液中,磁力搅拌30 min。MAX 加入到上述溶液中,混合液搅拌24 h,将上述反应获得的液体用去离子水反复离心,直至pH 达到5~6。向上述离心获得的沉淀中加入无水乙醇,在750 W 下超声1 h,并在下离心10 min,收集下层沉淀,并向沉淀中加入去离子水,超声20 min 后,离心3 min,收集上层溶液。重复上述过程,收集少层MXene 分散液。

 

1.2.2 静电纺TPU 纳米纤维

TPU 首先在下真空干燥,以去除其水分。 TPU 通过磁力搅拌溶于DMF/THF 混合溶剂中,配制TPU 溶液。上述制备的TPU溶液经过超声脱泡,作为静电纺丝溶液。

1.2.3 MXene/TPU 纳米纤维纱线的制备

将MXene 负载到TPU 纳米纤维上,首先将上述静电纺制备的TPU 纳米纤维毡裁剪为纳米纤维带,MXene 分散液通过喷涂法负载到裁剪的纳米纤维带,并施加357 捻/m 的捻度,然后经过真空热定型。MXene 分散液重复喷涂1~5 次,制备的MXene/TPU 纳米纤维纱线。

 

图1 MXene/TPU 纳米纤维纱线的SEM 图。