導(dǎo)語：智能紡織品電子信息論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1電子信息智能紡織品導(dǎo)電材料的種類

依據(jù)導(dǎo)電體不同對復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類見圖1。圖1依據(jù)導(dǎo)電體不同對復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類用于制備電子信息智能紡織品的導(dǎo)電高分子材料稱為導(dǎo)電聚合物，其具有明顯的聚合物特征，且若在兩端加上一定電壓，有明顯的電流通過。依據(jù)材料的組成，可以將導(dǎo)電高分子材料分為復(fù)合型和本征型兩大類［3］。前者是指將導(dǎo)電體加入到基體中構(gòu)成的復(fù)合材料，后者是指基體本身具有導(dǎo)電功能的復(fù)合材料。本文主要討論前者，按其導(dǎo)電體的不同，將導(dǎo)電材料分為4種:金屬氧化物導(dǎo)電體，碳系導(dǎo)電體，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子，金屬系導(dǎo)電體。1．1金屬氧化物導(dǎo)電體在聚合物中添加金屬氧化物可制備導(dǎo)電復(fù)合材料。一般采用的導(dǎo)電體是氧化釩、氧化鈦、氧化鋅、氧化錫等粉末物質(zhì)，目前最廣泛使用的是氧化鋅晶須(ZnOw)。1．2碳系導(dǎo)電體碳系導(dǎo)電體包括炭黑、石墨、碳纖維和碳納米管。炭黑是一種天然的半導(dǎo)體材料，能夠大幅度調(diào)整復(fù)合材料的電阻率(1～108Ω•cm)，如采用高溫氣相氧化和石墨化對炭黑進(jìn)行處理，可以提高炭黑的比表面積和一定量炭黑吸收鄰苯二甲酸二丁酯的體積值，降低表面基團(tuán)特別是含氧基團(tuán)的含量，改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性［3］。石墨是自然界發(fā)現(xiàn)的最硬的材料，具有很好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，利用石墨制備的復(fù)合材料，如尼龍/石墨、聚苯胺/石墨復(fù)合材料均具備良好的導(dǎo)電能力。碳纖維的導(dǎo)電性能介于炭黑和石墨之間，其體積電阻率約為1200×10－6～300×10－6Ω•cm。在復(fù)合材料中，碳纖維可使其形成的導(dǎo)電滲濾通道的臨界體積分?jǐn)?shù)很低，達(dá)到很高的導(dǎo)電性能所需的填充量很?。?］。碳納米管是一種新型的導(dǎo)電體，在納米纖維含量為0．5%～10%、碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%～0．5%時，復(fù)合材料具有很高的導(dǎo)電性能。1．3結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子使用較多的是聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導(dǎo)電物質(zhì)，這些高聚物不需要加入其他導(dǎo)電性物質(zhì)而依靠本身結(jié)構(gòu)即具有導(dǎo)電性。1．4金屬系導(dǎo)電體金屬系導(dǎo)電體包括純金屬粉末和金屬纖維?，F(xiàn)階段應(yīng)用最廣的金屬粉末是鐵粉和銅粉。一般情況下，金屬粉末的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%，會使導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻率達(dá)到要求。將金屬纖維填充到聚合物基體中，可制成導(dǎo)電性能優(yōu)異的導(dǎo)電復(fù)合材料，其體積電阻率1．0×10－3～106Ω•cm。目前應(yīng)用較多的金屬纖維有銅纖維、不銹鋼纖維和鐵纖維等［5］。

2電子信息智能紡織品導(dǎo)電材料的制備

近年來，研究人員在電子信息智能紡織品導(dǎo)電材料的制備方面做了大量研究，筆者通過分析歸納將不同導(dǎo)電材料的制備方法分為4類，如圖2所示。2．1混入法2．1．1編織法將導(dǎo)電紗線整合在織物結(jié)構(gòu)中LiuY．［6］等人設(shè)計出一種應(yīng)用在智能紡織品上的柔性可伸縮的磷酸鐵鋰電池，將LiFePO4作為陰極，Li4Ti5O12作為陽極，固體聚氧化乙烯電解質(zhì)作為分離層鋪在陰極和陽極之間，然后將這3層放置在液體聚合物溶液中，在50℃下使溶液蒸發(fā)，最后3層合并在一起成為一個電池條。由于該種材料具有熱塑性，故此條狀電池可以被切斷或者拉伸，并混入織物中。據(jù)報道，單個的電池條只能提供約0．3V的電壓，若將8個聚合物電池條與棉布材料編織在一起(見圖3)，用銅和鋁作為導(dǎo)電線把它們串聯(lián)起來，可以支持1個3V的發(fā)光二極管(LED)持續(xù)發(fā)光數(shù)小時(見圖4)。圖3電池條織入棉織物形成的導(dǎo)電線程圖48個聚合物電池條供1個3伏LED燈發(fā)光KinkeldeiT．［7］等人提出一種紡織品一體化的電子鼻系統(tǒng)織物(見圖5)，將4種非導(dǎo)電聚合物分別在四種相應(yīng)的溶劑中溶解，同時加入炭黑作為導(dǎo)電的填料，利用超聲波震蕩使顆粒分散均勻，從而制成4種不同聚合物復(fù)合材料的氣體傳感器。當(dāng)氣體傳感器吸收有機(jī)溶劑后膨脹，聚合物內(nèi)部的炭黑填料顆粒之間的距離會增加，使傳感器的電阻發(fā)生變化。據(jù)報道，若使用柔性聚合物基板作為氣體傳感器的載體，將柔性聚合物基板形成的薄膜條(見圖6)作為襯緯織入織物，在經(jīng)向織入導(dǎo)電絲與柔性薄膜條接觸，檢測接觸點的電阻變化，可以識別不同的溶劑蒸汽并對其進(jìn)行分類。圖5被織入織物的電子鼻系統(tǒng)圖6基于柔性聚合物基材制成的薄膜條ZyssetC．［8］等人選用柔性塑料基板作為電子元件的載體，將它們切成條狀編織進(jìn)紡織品。通過織入導(dǎo)線，在導(dǎo)線、條狀柔性塑料基板以及接觸點之間形成相互連接而成的總線拓?fù)湫偷木幙椌W(wǎng)絡(luò)(見圖7)。據(jù)報道，導(dǎo)線和柔性塑料基板之間的接觸點可承受20N的剪切應(yīng)力，若將溫度傳感器集成到條狀塑料基板上，織物的抗彎剛度將提高30%。圖7帶有導(dǎo)條和導(dǎo)線的機(jī)織物照片2．1．2改變紗線結(jié)構(gòu)設(shè)置導(dǎo)電層和不導(dǎo)電層Gu，J．F．［9］等人開發(fā)出一種高靈活度的、基于導(dǎo)電聚合物而制備的具有高電容性能的纖維。通過在兩個低密度聚乙烯的絕緣片之間添加一種導(dǎo)電聚合物，從而創(chuàng)建一個簡單的卷狀電容器，然后把它們卷成一個圓柱體，放進(jìn)高密度聚乙烯。通過加熱，經(jīng)小孔噴出紡絲，形成一個直徑小于1mm的纖維。據(jù)報道，該電容纖維(見圖8)容納電荷的能力相當(dāng)于同軸電纜的1000倍。圖8中心具有兩個電極的圓柱形電容器纖維GuoL．［10］等人設(shè)計了一種基于針織物的傳感器，將不銹鋼纖維作為導(dǎo)電紗線的外包紗線，將聚酰胺/萊卡的混合紗線作為芯紗，制作具有導(dǎo)電性能的包芯紗，然后制成針織物并測量其導(dǎo)電性能。據(jù)報道，以聚酰胺/萊卡混合紗線作為芯紗制成的針織物，其導(dǎo)電性能相對于以聚酰胺單一纖維作為芯紗制成的針織物有所提高。BaeJ．［11］等人提出一種用于操作電容式觸摸屏面板的導(dǎo)電織物，將鍍銀的尼龍絲作為芯絲，將50/50棉/羊毛混紡紗作為外包纖維，利用傳統(tǒng)的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)制造導(dǎo)電紗線(見圖9)。據(jù)報道，使用該種導(dǎo)電紗線可以織成具有導(dǎo)電性能的緯編針織物，采用該種緯編針織物制作的手套?？捎糜谠跇O端寒冷的氣候下操作電容式觸控面板的屏幕。圖9導(dǎo)電的環(huán)錠紡包芯紗的橫截面2．2化學(xué)鍍法張碧田［12］等人選用尼龍織物作為待鍍織物，經(jīng)表面粗化、膠體鈀溶液活化及解膠處理后，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。據(jù)報道，鍍層中磷含量較低，有利于改善鍍鎳織物的導(dǎo)電性能，提高其電磁屏蔽的效果。甘雪萍［13］等人將滌綸作為基布在一定濃度的NaOH溶液中浸泡去油，然后在含有強(qiáng)氧化性的酸性KMnO4溶液中進(jìn)行粗化處理，經(jīng)SnCl2和HCl的敏化處理以及PdCl2和HCl的活化處理后，再進(jìn)行化學(xué)鍍銅和化學(xué)鍍鎳。據(jù)報道，織物的表面比電阻隨著鍍銅量的增加而顯著減小，鎳磷合金鍍層質(zhì)量的增加只能使織物表面電阻略有下降，見圖10。纖維表面隨著銅的不斷沉積而變得光滑，但是鍍銅時間達(dá)到15min時，纖維表面開始出現(xiàn)一些圓形的瘤子，并且經(jīng)過化學(xué)鍍鎳處理后不能被鎳層覆蓋。圖10織物化學(xué)鍍銅、鎳后的SEM照片2．3聚合法2．3．1氣相沉積聚合法楊楠［14］設(shè)計出一套制備聚吡咯導(dǎo)電織物的方案，以緯平針織物作為基布，經(jīng)過NaOH溶液的去油處理后，將試樣經(jīng)過一定濃度的對甲苯磺酸水溶液進(jìn)行摻雜劑摻雜處理，再將試樣經(jīng)過一定濃度的FeCl3•6H2O乙醇溶液進(jìn)行氧化劑摻雜處理，最后讓吡咯蒸汽緩慢均勻地沉積在處理過的織物試樣上，得到聚吡咯導(dǎo)電織物。2．3．2現(xiàn)場吸附聚合法狄劍鋒［15］等人選定以錦綸/氨綸長絲共同編織的經(jīng)編針織物作為基質(zhì)，制備聚苯胺/錦綸/氨綸復(fù)合導(dǎo)電織物。首先將錦綸/氨綸織物試樣浸入苯胺單體溶液進(jìn)行單體吸附處理，然后將處理后的織物置于氧化劑過硫酸銨和鹽酸反應(yīng)液中，制得墨綠色的聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電織物，再用鹽酸、丙酮、去離子水分別洗滌至溶液為無色，烘干后即得到聚苯胺/錦綸/氨綸復(fù)合導(dǎo)電織物。2．3．3液相化學(xué)吸附聚合法胡沛然［16］等人以棉織物為模板，通過簡單的“浸漬－干燥”過程，制備得到規(guī)則的氧化銦錫導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，再將其與聚二甲基硅氧烷樹脂復(fù)合，得到復(fù)合柔性導(dǎo)電材料。據(jù)報道，氧化銦錫導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)/聚二甲基硅氧烷柔性導(dǎo)電復(fù)合材料彎曲后的電阻率從20Ω•cm增長到80Ω•cm，僅增加了3倍，在彎曲同樣的角度后，氧化銦錫納米顆粒/聚二甲基硅氧烷柔性導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻率從20Ω•cm快速上升到超過1000Ω•cm，增長了近50倍，導(dǎo)電性能下降非常明顯，因此得出，氧化銦錫導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的使用能夠在彎曲狀態(tài)下有效地保持材料穩(wěn)定的電學(xué)性能。2．3．4電化學(xué)聚合法Kim［17］等人采用電化學(xué)聚合法對錦綸/氨綸混紡織物進(jìn)行聚合，在不同的聚合條件、伸長率和重復(fù)拉伸次數(shù)下測量織物的導(dǎo)電性能。據(jù)報道，織物伸長率在40%時，其導(dǎo)電靈敏度達(dá)到最大，如果再增加則伸長率變化不明顯。導(dǎo)電織物的導(dǎo)電率會隨著拉力的增加而稍微下降。2．4納米涂層整理LimZ．H．［18］等人提出一種氧化鋅納米棒導(dǎo)電紡織品，讓氧化鋅納米棒在普通的棉織物纖維上均勻生長，最后得到高結(jié)晶度的納米棒導(dǎo)電織物。經(jīng)過機(jī)械性能測試可知，納米棒織物有較強(qiáng)的抗壓和耐水洗性能，在室溫下，該導(dǎo)電織物可用于氣體和光學(xué)傳感器，用來檢測氫氣和紫外線。ZhangW．［19］等人用單壁碳納米管制備導(dǎo)電紗線，使用聚乙烯亞胺對棉紗進(jìn)行預(yù)處理，用以提高碳納米管的親和力，然后將基于碳納米管制備得到的導(dǎo)電紗線作為化學(xué)電阻，通過檢測其電阻變化，可以在室溫下檢測氨氣的濃度，制成氨氣傳感器，見圖11。

3結(jié)語

微電子和納米技術(shù)的快速發(fā)展為電子信息智能紡織品領(lǐng)域帶來了更多的機(jī)會，使電子信息智能紡織品的開發(fā)有了更廣闊的空間。導(dǎo)電紗線的織入及縫入、包芯紗導(dǎo)電部分和不導(dǎo)電部分的設(shè)計、納米涂層整理技術(shù)以及傳感器和電池技術(shù)的探索，將會成為未來的研究方向。

作者:張杰劉曉霞單位:上海工程技術(shù)大學(xué)