張曉鳳 馬萬彬 王之惠 李琦 吳霜 周彥粉 江亮 陳韶娟

摘要： 文章選用滌棉針織物為基材，將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅橡膠（SR）/碳納米管（CNTs）溶液通過電流體動(dòng)力（EHD）噴墨打印的方式噴涂于基材上，得到SR/CNTs涂層導(dǎo)電織物，并探討了CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層織物性能的影響。隨著CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，導(dǎo)電織物上沉積的CNTs變多，力學(xué)性能和導(dǎo)電性能得到改善。其中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的CNTs溶液沉積的導(dǎo)電織物，在平行于線圈方向上，拉伸強(qiáng)度最大為14.40 Mpa，導(dǎo)電織物的電學(xué)性能最佳，工作范圍可達(dá)111.10%，靈敏度系數(shù)最高為2.49。該導(dǎo)電織物具有優(yōu)異的電學(xué)性能，在智能可穿戴領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 滌棉針織物;導(dǎo)電織物;應(yīng)變傳感器;EHD噴墨打印;硅橡膠;碳納米管

中圖分類號(hào)： TS101.923; TB332

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-7003（2023）05-0026-09

引用頁碼： 051104

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2023.05.004

基金項(xiàng)目：

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51703108，52003130）

作者簡介：

張曉鳳（1999），女，碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔椆こ?。通信作者：江亮，副教授，liang.jiang@qdu.edu.cn。

隨著電子信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備的快速發(fā)展，各種各樣的多功能新型智能可穿戴產(chǎn)品，如智能手表［1］、智能手環(huán)［2］、智能腰帶［3］、智能眼鏡［4］和智能服裝［5］等，是利用現(xiàn)代發(fā)展迅速的科學(xué)技術(shù)對(duì)常見的可穿戴物進(jìn)行智能化和多功能化設(shè)計(jì)而開發(fā)的設(shè)備，深受人們的喜歡，已被應(yīng)用于人體健康、軍事、教育、醫(yī)療、日常生活和社交等領(lǐng)域。其中，應(yīng)變傳感器［6］作為智能可穿戴設(shè)備的主要組成部分，在仿生機(jī)器人［7］、電子皮膚［8］、語音康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)［9］和人體健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)［10］等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

以導(dǎo)電織物［11］為基材的柔性應(yīng)變傳感器具有良好的力學(xué)性能、質(zhì)量輕、可塑性強(qiáng)、透氣性好，可以實(shí)現(xiàn)多角度的彎曲、扭轉(zhuǎn)，適應(yīng)人體的運(yùn)動(dòng)，廣泛應(yīng)用于可穿戴產(chǎn)品領(lǐng)域。常見導(dǎo)電織物的制備方法包括：浸漬法、氣相沉積法、絲網(wǎng)印刷法、噴墨打印法和炭化法［12］。其中，噴墨打印法具有成本低廉、操作簡單、功能高效等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于柔性導(dǎo)電電極和柔性電子器件等領(lǐng)域［13-14］。Karim等［15］為了在粗糙多孔的紡織品表面得到連續(xù)的導(dǎo)電路徑，首先利用噴墨打印技術(shù)將有機(jī)納米粒子涂覆于織物表面，然后在織物表面打印石墨烯導(dǎo)電涂層。與未經(jīng)有機(jī)納米粒子處理的紡織品相比，所得石墨烯基導(dǎo)電紡織品的方阻降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)，從1.09×106 Ω/sq降至2.14×103 Ω/sq。Krykpayev等［16］利用噴墨打印技術(shù)在紡織品上打印完整的定位電路和天線，從而得到跟蹤裝置，佩戴在身上時(shí)，其通信距離可達(dá)55m，定位精度達(dá)到8m，并且該設(shè)備可以連接到服務(wù)器，利用支持互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備確定位置。電流體動(dòng)力（Electro-hydro Dynamics，EHD）噴墨打印［17］是一種新興的噴墨打印技術(shù)，它是由傳統(tǒng)的靜電紡絲技術(shù)和靜電噴涂技術(shù)發(fā)展而來的［18］，具有打印精度高、適用范圍廣、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。EHD噴墨打印裝置［24］（圖1（a））主要有高壓電源、噴嘴和接收基板等，它的工作原理如圖1（b）所示。當(dāng)液滴被擠入電場時(shí)，其在電場力的作用下，被牽伸成極細(xì)的射流，沉積到接收板上，進(jìn)而形成特定的圖案［19］。Guo等［20］為探究墨水蒸發(fā)率對(duì)導(dǎo)電路徑成型性的影響，利用EHD噴墨打印技術(shù)在織物上打印導(dǎo)電路徑，結(jié)果表明，印刷在織物上導(dǎo)電路徑的形態(tài)可以由油墨中溶劑的含量精確控制。具體地，溶劑蒸發(fā)率與電阻及其變形穩(wěn)定性呈顯著的反拋物線關(guān)系，打印的射頻識(shí)別天線最大讀取范圍為9.1 m。

如今，石墨烯（Graphene，Gr）［21］、碳納米管（Carbon Nanotube，CNTs）［22］、半導(dǎo)體納米線［23］和金屬納米線［24］等新型導(dǎo)電納米材料進(jìn)一步推動(dòng)了應(yīng)變傳感器的發(fā)展。其中，CNTs可以被看成是彎曲圓柱形的石墨烯［25］薄片，主要分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械性能，在應(yīng)變傳感器的制備過程中擁有巨大的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的導(dǎo)電織物是將導(dǎo)電紗或?qū)щ娎w維用機(jī)織、編織與針織的方法制備而成，而這些方法對(duì)于纖維或紗線的線密度、強(qiáng)力和條干均勻度等性能的要求很高，且制備工藝復(fù)雜，得到的織物還需要后整理，裁剪等工序，其導(dǎo)電性能也與織物組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。與傳統(tǒng)的噴墨打印技術(shù)相比，EHD噴墨打印制備導(dǎo)電織物有很多優(yōu)勢，打印材料廣泛，納米金屬復(fù)合溶液及聚合物金屬氧化物溶液都可以打印，拓寬了打印導(dǎo)電織物涂層的材料。穩(wěn)定性好，打印過程不易堵塞，打印出的導(dǎo)電涂層均勻完整，厚度及形狀可控，對(duì)織物的柔韌性影響小。打印周期短，生產(chǎn)效率高，打印成本低，對(duì)環(huán)境污染少，對(duì)制備分辨率要求高的印刷電子、顯示器件、光學(xué)器件和微結(jié)構(gòu)打印等方面更加精準(zhǔn)、穩(wěn)定、高效，是最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。因此，本文采用導(dǎo)電性好、機(jī)械性能優(yōu)良的CNTs作為導(dǎo)電填料，加入具有良好彈性的硅橡膠（Silicone Rubber，SR）中，得到SR/CNTs墨水。利用EHD噴墨打印技術(shù)在具有優(yōu)異彈性的滌棉針織物表面進(jìn)行打印，從而得到導(dǎo)電織物。通過研究導(dǎo)電涂層對(duì)織物微觀形貌、力學(xué)性能和導(dǎo)電性的影響，確定CNTs在墨水中的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。然后，對(duì)噴墨打印制得的導(dǎo)電織物的機(jī)電性能及工作穩(wěn)定性能進(jìn)行測試和研究，以期將其用作應(yīng)變傳感器，并進(jìn)一步應(yīng)用到智能可穿戴領(lǐng)域。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

多壁碳納米管（相對(duì)分子質(zhì)量12.01，管徑3～15 μm，管長15～30 μm，純度＞97%）（深圳市圖靈進(jìn)化科技有限公司），正庚烷（分析純）（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），E610A、E610B硅橡膠（深圳市紅葉杰科技有限公司），滌棉針織布（65%滌綸、35%棉，緯平針組織，平方米質(zhì)量220 g/m2）（佛山市三梭紡織布行），一次性無菌注射器10 mL（江蘇華達(dá)醫(yī)療器械有限公司）。

1.2 儀 器

采用自主搭建的EHD噴墨打印設(shè)備進(jìn)行打印，設(shè)備主要包括：HPS0620高壓電源（杭州藍(lán)儀電子有限公司），YH42BYJH60-401A微量注射泵（宇輝科技有限公司），噴頭20 G的BM 250藍(lán)模三維打印機(jī)（杭州藍(lán)儀電子有限公司），JT-820DP數(shù)碼超聲波清洗機(jī)（深圳市潔拓超聲波清洗設(shè)備有限公司），LQ-C20002電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司），ST-2258C型多功能數(shù)字式四探針測試儀（蘇州晶格電子有限公司），F(xiàn)K-2A磁力攪拌器（方科儀器有限公司），Instron材料試驗(yàn)機(jī)（美國英斯特朗公司），TESCAN VEGA3掃描電子顯微鏡（泰思肯貿(mào)易上海有限公司），GP-52高品顯微鏡（昆山高品精密儀器有限公司），DZF真空干燥烘箱（上海坤天實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司）。

1.3 SR/CNTs導(dǎo)電織物的制備方法

SR/CNTs墨水的配制：通過查閱文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)探索，將一定量的多壁碳納米管（CNTs）加入正庚烷溶劑中，分別得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、5%和7%的CNTs分散液，超聲1 h，備用。將AB組分硅橡膠（SR）加入CNTs分散液中，AB組分的比例為1︰1，得到硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的SR/X CNTs溶液（其中X表示CNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% CNTs的SR/CNTs溶液命名為SR/5% CNTs），攪拌1 h后，吸入注射器，設(shè)定打印參數(shù)，打印完畢后得到導(dǎo)電織物。設(shè)定打印電壓為4 500 V，打印速度10 mm/s，打印距離5 mm，微量擠出泵的推進(jìn)速度為15 mm/h，濕度為40%，溫度為20 ℃。

1.4 測試與表征

1.4.1 導(dǎo)電織物形貌結(jié)構(gòu)表征

使用電子顯微鏡觀察未處理和處理后織物的結(jié)構(gòu)和表面形貌特征。首先將樣品剪成小塊，然后把樣品粘在樣品臺(tái)上，調(diào)節(jié)合適的放大倍數(shù)進(jìn)行觀察。

1.4.2 SEM測試

使用掃描電子顯微鏡觀察導(dǎo)電織物表面的微觀形貌特征。首先將樣品剪成小塊，用導(dǎo)電膠把樣品粘在樣品臺(tái)上，然后對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理，噴金時(shí)間為1 min，噴金完成后放入電子顯微鏡中進(jìn)行觀察。

1.4.3 方阻測試

使用數(shù)字式四探針測試儀，測量不同CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)導(dǎo)電織物的方阻。首先將樣品剪成20 mm×20 mm的小塊，放入數(shù)字式四探針測試儀中，每個(gè)樣品隨機(jī)取3個(gè)位置進(jìn)行測量，取結(jié)果的平均值。

1.4.4 水洗牢度測試

使用數(shù)碼超聲波清洗機(jī)對(duì)導(dǎo)電織物進(jìn)行清洗，測試導(dǎo)電織物的水洗牢度，超聲波的功率為240 W，頻率為40 kHz。首先，將導(dǎo)電織物放入去離子水中，以10 min為間隔清洗80 min;然后，將清洗后的導(dǎo)電織物取出，放入70 ℃烘箱中烘干;最后，通過測量方阻來表征導(dǎo)電織物的水洗牢度。

1.4.5 力學(xué)拉伸測試

使用材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)裁剪后長度為15 mm的原針織布和SR/CNTs涂層織物進(jìn)行力學(xué)拉伸測試。拉伸速率為100 mm/min，設(shè)置隔距10 mm，每個(gè)樣品測試5次，取平均值。

1.4.6 極限拉伸電阻測試

使用應(yīng)變傳感器將應(yīng)變迅速轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)，測試SR/CNTs導(dǎo)電織物的工作范圍。將樣品剪成10 mm×20 mm的長條，放入應(yīng)變傳感器當(dāng)中，拉伸速度為10 mm/min，每個(gè)樣品測試3次，取平均值。

1.4.7 循環(huán)拉伸電阻性測試

使用應(yīng)變傳感器將應(yīng)變迅速轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)，將導(dǎo)電織物在平行于線圈方向上拉伸，測試其工作的穩(wěn)定性。將樣品剪成10 mm×20 mm的長條，放入應(yīng)變傳感器當(dāng)中，固定拉伸速度為10 mm/min，改變每次的拉伸應(yīng)變分別改變?yōu)?%、10%、20%、50%、80%、100%。固定拉伸應(yīng)變?yōu)?0%，改變每次的拉伸速度改變?yōu)?、10、50、100、200 mm/min。同一試樣循環(huán)拉伸回復(fù)15次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面形貌分析

圖2為EHD噴墨打印SR/CNTs滌棉針織物表面形貌。從圖2可以清晰地看到打印前后滌棉針織物的組織和結(jié)構(gòu)。圖2（a）（b）分別是處理前后導(dǎo)電織物放大5倍時(shí)的表面形貌，圖2（c）（d）分別是處理前后導(dǎo)電織物放大20倍時(shí)的表面形貌。這說明EHD噴墨打印能夠?qū)R/CNTs比較均勻地噴涂在滌棉針織物的表面。

2.2 微觀形貌分析

圖3為EHD噴墨打印SR/CNTs涂層滌棉針織物表面形貌。其中，圖3（a）（b）（c）（d）分別為SR/0% CNTs、SR/5% CNTs、SR/7% CNTs和SR/9% CNTs的導(dǎo)電織物在100倍電鏡下的表面形貌，圖3（e）（f）（g）（h）分別是導(dǎo)電織物放大倍數(shù)500倍時(shí)的表面形貌。從圖3可以明顯看出，不含CNTs的硅橡膠涂層織物表面比較平滑，含CNTs的硅橡膠涂層織物表面有很多點(diǎn)狀顆粒，其中涂層中的點(diǎn)狀顆粒為CNTs的沉積，同時(shí)，隨著CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，導(dǎo)電織物表面CNTs顆粒堆積的數(shù)量增多，這說明CNTs能夠在硅橡膠中形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而提高導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能。

2.3 導(dǎo)電性能分析

圖4為使用數(shù)字式四探針測試儀測得CNTsSR/CNTs導(dǎo)電織物的方阻。分析圖4可見，隨著導(dǎo)電墨水中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至9%，經(jīng)SR/0% CNTs墨水沉積后的織物，方阻為0 kΩ/sq;經(jīng)SR/5% CNTs墨水沉積后的織物，方阻為96.2 kΩ/sq;經(jīng)SR/7% CNTs墨水沉積后的織物，方阻為477 kΩ/sq;經(jīng)SR/9% CNTs墨水沉積后的織物，方阻為2.5 kΩ/sq。因此，隨著導(dǎo)電墨水中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增多，方阻隨之減小，這主要是因?yàn)镃NTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增多，在硅橡膠涂層中更容易形成CNTs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而使SR/CNTs導(dǎo)電涂層的導(dǎo)電性能增強(qiáng)。

2.4 水洗牢度測試

將制備的SR/9% CNTs導(dǎo)電織物放入數(shù)碼超聲波清洗機(jī)中，測量不同超聲清洗時(shí)間對(duì)導(dǎo)電織物方阻的影響，進(jìn)而評(píng)價(jià)出導(dǎo)電織物的水洗牢度。超聲清洗后的導(dǎo)電織物方阻如圖5所示，可以看到隨著時(shí)間的增加，導(dǎo)電織物的方阻緩慢上升，當(dāng)時(shí)間增加到50 min后開始趨于平穩(wěn)，大約在3.5 kΩ/sq，說明該導(dǎo)電織物具有較好的耐水洗牢度。

2.5 力學(xué)性能分析

圖6為使用材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)長度為15 mm的原針織物和SR/CNTs導(dǎo)電織物CNTs進(jìn)行拉伸測試后得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖6（a）為沿著平行于線圈方向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，SR/5% CNTs的導(dǎo)電織物能承受的最大應(yīng)變?yōu)?52.07%，最大應(yīng)力為11.30 MPa。SR/7% CNTs的導(dǎo)電織物能承受的最大應(yīng)變?yōu)?55.60%，最大應(yīng)力為13.55 MPa。SR/9% CNTs的導(dǎo)電織物能承受的最大應(yīng)變?yōu)?49.13%，最大應(yīng)力為1440 MPa。隨著碳納米管CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，SR/CNTs涂層的力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)，所以導(dǎo)電織物的應(yīng)力隨之增大，這主要是由于SR/CNTs涂層對(duì)織物的力學(xué)性能具有增強(qiáng)作用。

圖6（b）為沿著垂直于線圈方向拉伸織物，得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由于緯編針織物的基本結(jié)構(gòu)為線圈，就線圈本身而言，它在縱橫向是不平衡的，縱向?yàn)槎^直的圈柱，橫向?yàn)橐桓鶑澢娜?，這種結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致了緯編針織物沿該方向拉伸織物具有較大的應(yīng)變，但在該方向上織物所能夠承受的應(yīng)力卻很小，SR/5% CNTs的導(dǎo)電織物能承受的最大應(yīng)變?yōu)?22.48%，最大應(yīng)力為3.65 MPa。SR/7% CNTs的導(dǎo)電織物能承受的最大應(yīng)變?yōu)?81.82%，最大應(yīng)力為3.75 MPa。SR/9% CNTs的導(dǎo)電織物能承受的最大應(yīng)變?yōu)?42.59%，最大應(yīng)力為2.94 MPa。少量的碳納米管在SR中起到了物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，因此隨著CNTs的增加，物理交聯(lián)點(diǎn)增加，拉伸強(qiáng)度增加。當(dāng)CNTs在涂層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到9%時(shí)，過多的CNTs阻礙了SR分子的纏結(jié)、交聯(lián)等，使分子間的作用力減弱，因此涂層的拉伸強(qiáng)度與5%、7%的相比有所減弱。

2.6 極限拉伸電阻

應(yīng)變傳感器是將機(jī)械拉伸產(chǎn)生的應(yīng)變迅速轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)，其工作應(yīng)變范圍決定著傳感器的使用環(huán)境和條件，所以測試不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CNTs油墨沉積導(dǎo)電織物的工作范圍是表征傳感器機(jī)電性能的重要參數(shù)之一。

為了研究導(dǎo)電織物的機(jī)電性能，本文分別測試了導(dǎo)電織物在不同方向上拉伸的相對(duì)電阻（ΔR/R0，ΔRR—R0）和靈敏度系數(shù)Guage Factor（GF=（ΔR/R0）/ε）［26］。其中，R表示導(dǎo)電織物的實(shí)時(shí)電阻，R0表示初始電阻，ε表示應(yīng)變。圖7測量的是其沿著平行于針織物線圈方向，拉伸應(yīng)變隨相對(duì)電阻的變化曲線。

由圖7可見，隨著墨水中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%增加到7%再增加到9%，導(dǎo)電織物的最大工作范圍從83.24%增加到92.11%再增加到111.10%。CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、7%、9%的導(dǎo)電織物靈敏度系數(shù)依次為6.74、5.50、2.49。

圖8是導(dǎo)電織物沿著垂直于針織物線圈方向上，拉伸應(yīng)變隨相對(duì)電阻的變化曲線。由圖8可見，隨著CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%增加到7%再增加到9%，導(dǎo)電織物的最大工作范圍分別從18.65%增加到18.69%再增加至20.30%。CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、7%、9%的導(dǎo)電織物靈敏度系數(shù)依次為305.60、212.53、876.59。

綜上所述，對(duì)導(dǎo)電織物進(jìn)行不同方向的拉伸，相對(duì)電阻隨應(yīng)變的變化規(guī)律是不同的。平行于線圈方向拉伸時(shí)，導(dǎo)電織物具有良好的線性度和穩(wěn)定性，工作范圍較大，但是靈敏度較低。這主要是由于平行于線圈方向拉伸時(shí)，織物因受力，內(nèi)部紗線之間的距離會(huì)縮小，結(jié)構(gòu)從松散變?yōu)榫o湊，且導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)依然完整。因此，隨著應(yīng)變的變化，電阻變化不大，靈敏度較低。而垂直于線圈方向拉伸時(shí)，織物因受力，其內(nèi)部紗線之間的距離增加，結(jié)構(gòu)松散，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)受到破壞。因此，該方向拉伸的工作范圍小，但是電阻變化明顯，靈敏度較高。

2.7 循環(huán)拉伸電阻

當(dāng)SR/9% CNTs導(dǎo)電織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在平行于線圈方向上拉伸時(shí)，具有較大的工作范圍和優(yōu)異的線性度，能夠用來監(jiān)測人體大應(yīng)變的活動(dòng)，因此選取該導(dǎo)電織物來測試其機(jī)電性能的穩(wěn)定性。如圖9（a）（b）所示，均為同一試樣循環(huán)拉伸，回復(fù)15次測得的相對(duì)電阻與織物拉伸應(yīng)變之間的關(guān)系。其中，圖9（a）的拉伸速度為10 mm/min，將每次的拉伸應(yīng)變改變?yōu)?%、10%、20%、50%、80%、100%。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在10 mm/min的拉伸速度下，拉伸應(yīng)變?yōu)?%、10%、20%時(shí)，導(dǎo)電織物的穩(wěn)定性不足，呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢;拉伸應(yīng)變?yōu)?0%、80%、100%時(shí)，導(dǎo)電織物具有優(yōu)異的工作穩(wěn)定性。圖9（b）為50%的定拉伸應(yīng)變，將每次的拉伸速度改變?yōu)?、10、50、100、200 mm/min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在50%的定拉伸應(yīng)變下，此導(dǎo)電織物能在不同的拉伸速度下穩(wěn)定的工作，具有優(yōu)異的工作穩(wěn)定性。

圖10為沿平行于線圈方向，拉伸100%應(yīng)變前后，EHD噴墨打印導(dǎo)電織物表面形貌對(duì)比。其中，圖10（a）是拉伸前的表面形貌，圖10（b）是拉伸后的表面形貌，可以看到大變形后導(dǎo)電織物的形貌發(fā)生了改變，織物表面的SR/CNTs沉積層出現(xiàn)了裂紋，這極大地證明了變形后的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)受到了破壞，電阻急劇增大。

3 結(jié) 論

本文通過EHD噴墨打印法制備出SR/CNTs沉積的導(dǎo)電滌棉針織物，研究了其電學(xué)性能，并探索了其在柔性應(yīng)變傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。通過對(duì)SR/0% CNTs、SR/5% CNTs、SR/7% CNTs和SR/9% CNTs的導(dǎo)電織物進(jìn)行表面形貌分析，以及力學(xué)性能、機(jī)電性能等的研究，發(fā)現(xiàn)隨著CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，方阻逐漸較小，從96.2 kΩ/sq減小到2.6 kΩ/sq;沿著平行于線圈方向的最大應(yīng)力逐漸增加，從11.30 MPa增加到1440 MPa，最大應(yīng)變基本沒有發(fā)生變化;沿著垂直于線圈方向的最大應(yīng)力先增大后減小，從3.65 MPa增加到3.75 MPa再減小到2.94 MPa，最大應(yīng)變逐漸減小，從822.48%減小到542.59%;沿著平行于線圈方向的最大工作范圍逐漸增加，從83.24%增加到111.10%，靈敏度系數(shù)逐漸減小，從6.74減小到2.49;沿著垂直于線圈方向最大工作范圍逐漸增加，從1865%增加至20.30%，靈敏度系數(shù)先減小后增大，從305.60減小到212.53再增加到876.59?？梢哉f明CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加可以提高導(dǎo)電織物的力學(xué)性能和機(jī)電性。其中SR/9% CNTs導(dǎo)電織物表面沉積的CNTs顆粒最多，方阻最小，應(yīng)力應(yīng)變較大，工作范圍最大，而且有較好的水洗牢度。

由于針織物本身的線圈結(jié)構(gòu)特性，該導(dǎo)電織物在垂直于針織物線圈方向上與平行于線圈方向的機(jī)電性能不同。平行于線圈方向的靈敏度系數(shù)較小，對(duì)應(yīng)變不敏感，適合做柔性的導(dǎo)電材料;垂直于線圈方向的靈敏度系數(shù)較高，對(duì)應(yīng)變響應(yīng)靈敏，可以用作柔性應(yīng)變傳感器，監(jiān)測人體活動(dòng)?；谶@些性質(zhì)，該導(dǎo)電織物在智能可穿戴領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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Abstract： With the rapid development of electronic information technology and computer hardware and software equipment， a variety of multi-functional new intelligent wearable products， deeply loved by people， have been applied to human health， military， education， medical， daily life and social fields. As a major component of intelligent wearable devices， strain sensors are widely used in bionic robots， electronic skin， voice rehabilitation training systems and human health monitoring systems. The flexible strain sensor based on conductive fabrics has good mechanical properties， light weight， strong plasticity and good air permeability. It can realize multi-angle bending and torsion and adapt to the movement of human body， so it is widely used in the field of wearable products.

Traditional conductive fabrics are made of conductive yarns or conductive fibers by weaving and knitting. However， these methods have high requirements on the fineness， strength and evenness of the fiber or yarn， and the preparation process is complex. The obtained fabric also needs finishing， cutting and other processes. The electrical conductivity is also closely related to the fabric structure. The polyester/cotton knitted fabric was selected as the base material， and the SR/CNTs coated conductive fabric was obtained by spraying the solution of silicone rubber （SR）/carbon nanotubes （CNTs） with different mass fractions on the base material by electro-hydro dynamics （EHD） ink-jet printing. Compared with traditional ink-jet printing technology， preparing conductive fabrics with EHD ink-jet printing has many advantages like a wide range of printing materials， for nano-metal composite solution and polymer metal oxide solution can be printed， broadening the printing of conductive fabric coating materials. In addition， the stability is good， printing process is not easy to plug， the printed conductive coating is uniform and complete， the thickness and shape can be controlled， and there is little influence on the flexibility of the fabric. It is one of the most promising technologies with a short printing cycle， high production efficiency， low printing cost， little environmental pollution， and accurate， stable and efficient printing of printed electronics， display devices， optical devices and micro-structure printing with high resolution requirements. The effect of CNTs content on the properties of coated fabrics was investigated. With the increase of CNTs mass fraction， more CNTs were deposited on the conductive fabric， and the mechanical and conductive properties were improved. Specifically， the conductive fabric deposited with CNTs mass fraction solution of 9% has the highest tensile strength of 14.40 MPa in the direction parallel to the coil. The conductive fabric has the best electrical performance， the working range can reach 11110%， and the highest sensitivity coefficient is 2.49.

Because of the coil structure characteristics of the knitted fabric， the electromechanical properties of the conductive fabric are different in the direction perpendicular to the knitted fabric coil and in the direction parallel to the knitted fabric coil. The sensitivity coefficient parallel to the coil direction is small， indicating that the sensitivity to strain is low， and the fabric in such a direction is suitable to be used as flexible conductive materials. On the contrary， the sensitivity coefficient parallel to the coil direction is big， indicating that the sensitivity to strain is high， and the fabric in such a direction can be used as a flexible strain sensor to monitor human activities. Based on these properties， the conductive fabric has a wide application prospect in the field of smart wearables.

Key words： polyester-cotton knitted fabric; conductive fabric; strain sensor; EHD ink-jet printing; silicone rubber; carbon nanotubes