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機械拉伸法制造高度平行電紡纖維膜 可用于人體動作傳感

2018-12-05 14:05 Materialsviews

導(dǎo)讀:靜電紡絲技術(shù)是一種可以大規(guī)模、低成本地制備一維微納米纖維結(jié)構(gòu)材料的方法。由靜電紡絲技術(shù)制備的高分子聚合物纖維在能源采集存儲、電子器件、生物醫(yī)學(xué)等方面均有廣泛的應(yīng)用。

靜電紡絲技術(shù)是一種可以大規(guī)模、低成本地制備一維微納米纖維結(jié)構(gòu)材料的方法。由靜電紡絲技術(shù)制備的高分子聚合物纖維在能源采集存儲、電子器件、生物醫(yī)學(xué)等方面均有廣泛的應(yīng)用。靜電紡絲制備的壓電纖維因其優(yōu)秀的柔韌性和可拉伸等性能,可制成柔性電子元器件,應(yīng)用于可穿戴設(shè)備中,對人體的姿態(tài)動作進行檢測。

新加坡南洋理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院魏磊課題組通過機械拉伸的方法,可控的提高了雜亂分布的靜電紡絲(PVDF-TrFE)壓電纖維的平行度,并對高度平行的壓電纖維的機械和電學(xué)性能進行了詳細研究。

傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)中,如果想獲得高度平行的電紡纖維,通常需要使用極高速旋轉(zhuǎn)或有極窄邊緣的收集器,限制了電紡產(chǎn)物的產(chǎn)量。而通過調(diào)整靜電紡絲過程中的技術(shù)參數(shù),控制有機溶劑的揮發(fā)速度,可使初生纖維內(nèi)含有少量溶劑,大大提高初生纖維的可塑性。通過精確控制的機械拉伸過程,可在很大程度上提高電紡纖維的平行度,獲得更加優(yōu)異的機械和電學(xué)性能。

測試表明,在同樣的纖維密度和同樣的形變下,平行度約80%的電紡壓電纖維產(chǎn)生的電信號輸出是隨機分布的對照組的266%,且展現(xiàn)出了更加優(yōu)越的機械耐久性。將這些高度平行的壓電纖維擰成纖維束,可以獨立或聯(lián)合地應(yīng)用于監(jiān)測人體的動作和姿態(tài),如上肢的彎曲角度以及行走中的擺臂方向等。

此外,這些纖維束也可以進一步制成織物,進而更廣泛地應(yīng)用于可穿戴電子裝備中。例如可將基于高度平行的靜電紡絲壓電纖維的傳感器用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的動作追蹤。

研究者相信,這種簡單便捷的提高靜電紡絲纖維平行度的方法,可以極大地降低獲得平行電紡纖維的成本,對靜電紡絲纖維的規(guī)?;蜕虡I(yè)化應(yīng)用有積極的貢獻。