【摘 要】
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具有优异拉伸性能和高导电性的导电弹性体常常作为柔性应变传感器用于人体健康检测、电子皮肤以及可穿戴电子设备等领域。然而,导电弹性体在大应变（＞200%）的动态拉伸过程中,难以保持电学信号的稳定。此外,导电弹性体在应变后恢复到原始位置时,电阻值需要很长时间才能恢复到初始值,有时甚至无法恢复到初始值。因此,如何制备出能在大应变过程中保持电学信号稳定且电阻恢复时间短的导电弹性体,成为研究导电弹性体的关键问
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具有优异拉伸性能和高导电性的导电弹性体常常作为柔性应变传感器用于人体健康检测、电子皮肤以及可穿戴电子设备等领域。然而,导电弹性体在大应变（＞200%）的动态拉伸过程中,难以保持电学信号的稳定。此外,导电弹性体在应变后恢复到原始位置时,电阻值需要很长时间才能恢复到初始值,有时甚至无法恢复到初始值。因此,如何制备出能在大应变过程中保持电学信号稳定且电阻恢复时间短的导电弹性体,成为研究导电弹性体的关键问题之一。本课题采用简单的乳液聚合-萃取法制备可溶性聚苯胺（PANI）,用共溶法制备出能在大应变动态拉伸过程中保持电学信号稳定的聚苯胺（PANI）/聚（苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SEBS）薄膜导电弹性体材料;与此同时,利用静电纺丝技术,制备PANI/SEBS纤维毡,与PANI/SEBS薄膜导电弹性体材料复合,制备出电学信号稳定且电阻恢复时间较短的PANI/SEBS纤维毡复合薄膜导电弹性体材料。主要研究内容如下:（1）采用乳液聚合-萃取法,制备了高固含量（50 g/L）的PANI甲苯溶液。然后通过共溶法,与SEBS甲苯溶液混合,制备不同质量分数的PANI/SEBS薄膜导电弹性体材料。主要探究了可溶导电组分PANI在PANI/SEBS薄膜导电弹性体材料中的分散性和PANI含量对薄膜导电弹性体材料力学、电学性能的影响,讨论了薄膜导电弹性体材料在动态循环拉伸过程中电学信号的稳定性和滞后性。结果表明,通过改变薄膜导电弹性体材料中PANI的含量,可以调节PANI/SEBS薄膜导电弹性体材料的电学性能和力学性能。50 wt%PANI/SEBS薄膜导电弹性体材料具有好的循环稳定性（1000次在应变200%）,优异的拉伸性能（断裂伸长率＞600%）,良好的热稳定性能（常温至200℃）以及好的导电性能（电导率达到0.125 S/cm）。该薄膜导电弹性体材料最高可以在400%应变拉伸过程中能够保持电学信号的稳定性。（2）结合静电纺丝技术制备了 PANI/SEBS纤维毡复合薄膜导电弹性体材料。研究了制备工艺,并讨论了复合导电弹性体材料的力学性能和电学性能,以及在不同应变范围内的电学信号的稳定性和滞后性。结果表明,纤维毡的最佳制备工艺为:纺丝液质量分数40 wt%,电纺电压15 kV,推进速率0.5 mm/min。与简单的PANI/SEBS薄膜导电弹性体材料相比,复合导电弹性体材料不仅维持了大应变拉伸过程中电学信号稳定的优势,还缩短了电阻恢复时间（最大可缩短89%）。（3）采用溶液浇铸法,将PANI与弹力混纺面料结合,制备PANI/SEBS导电纺织布。对其微观结构和相关性能（力学、电学性能）进行研究;其次,对PANI/SEBS纤维毡复合薄膜导电弹性体材料和导电纺织布的适宜工作环境条件进行探究;最后,将复合导电弹性体材料和导电纺织布分别作为可穿戴柔性应变传感器对人体关节运动进行了一个简单的检测。结果表明,PANI/SEBS纤维毡复合薄膜导电弹性体材料适宜的工作环境条件为.:湿度范围40-60%RH,温度范围10-40℃;导电纺织布适宜的工作环境条件为:湿度范围40-50%RH,温度范围10-30℃。
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