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机械拉伸法制造高度平行电纺纤维膜 可用于人体动作传感

2018-12-05 14:05 Materialsviews

导读:静电纺丝技术是一种可以大规模、低成本地制备一维微纳米纤维结构材料的方法。由静电纺丝技术制备的高分子聚合物纤维在能源采集存储、电子器件、生物医学等方面均有广泛的应用。

静电纺丝技术是一种可以大规模、低成本地制备一维微纳米纤维结构材料的方法。由静电纺丝技术制备的高分子聚合物纤维在能源采集存储、电子器件、生物医学等方面均有广泛的应用。静电纺丝制备的压电纤维因其优秀的柔韧性和可拉伸等性能,可制成柔性电子元器件,应用于可穿戴设备中,对人体的姿态动作进行检测。

新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院魏磊课题组通过机械拉伸的方法,可控的提高了杂乱分布的静电纺丝(PVDF-TrFE)压电纤维的平行度,并对高度平行的压电纤维的机械和电学性能进行了详细研究。

传统的静电纺丝技术中,如果想获得高度平行的电纺纤维,通常需要使用极高速旋转或有极窄边缘的收集器,限制了电纺产物的产量。而通过调整静电纺丝过程中的技术参数,控制有机溶剂的挥发速度,可使初生纤维内含有少量溶剂,大大提高初生纤维的可塑性。通过精确控制的机械拉伸过程,可在很大程度上提高电纺纤维的平行度,获得更加优异的机械和电学性能。

测试表明,在同样的纤维密度和同样的形变下,平行度约80%的电纺压电纤维产生的电信号输出是随机分布的对照组的266%,且展现出了更加优越的机械耐久性。将这些高度平行的压电纤维拧成纤维束,可以独立或联合地应用于监测人体的动作和姿态,如上肢的弯曲角度以及行走中的摆臂方向等。

此外,这些纤维束也可以进一步制成织物,进而更广泛地应用于可穿戴电子装备中。例如可将基于高度平行的静电纺丝压电纤维的老虎机贝斯特用于虚拟现实技术的动作追踪。

研究者相信,这种简单便捷的提高静电纺丝纤维平行度的方法,可以极大地降低获得平行电纺纤维的成本,对静电纺丝纤维的规模化和商业化应用有积极的贡献。