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题名	柔性织物表面诱导生长Fe_3O_4纳米线及其传感行为研究
作者	张茂江
答辩日期	2020-05-01
文献子类	博士
授予单位	中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
导师	吴国忠
关键词	辐射接枝 偕胺肟 Fe_3O_4纳米线 化学镀 智能柔性织物
英文摘要	传统纺织品的设计越来越难满足消费者对服饰功能性的需求。在科技因素诱导和消费者市场刺激的双重影响下,智能柔性织物逐渐起步并发展。柔性传感器作为信息获取来源,是信息系统中不可或缺的一个重要组成部分,其中传感敏感材料的发展最为关键。一维(1-D)Fe_3O_4纳米线(nanowires,NWs)具有单晶性好、环境友好及灵敏度高的特征,是智能柔性织物理想的敏感材料之一。然而,将Fe_3O_4 NWs定向牢固负载到低耐热性织物表面困难,限制了其实际应用。本论文利用辐照接枝改性来实现1-D Fe_3O_4 NWs阵列在织物(PP无纺布和PET针织物)表面的稳定、定向生长,再通过化学镀构建智能柔性金属(Ag或Ni)/Fe_3O_4 NWs功能织物材料,考察了其在温敏响应、湿度响应或应力响应等方面的性能和机理。具体研究工作如下:(1)提出了一种利用辐照接枝聚合在柔性织物表面引入偕胺肟基,再利用共沉淀法和偕胺肟基诱导作用在基材表面原位生长1-D Fe_3O_4 NWs阵列的新方法。XPS证明Fe_3O_4 NWs间通过N-O-Fe和Fe-N化学键连接;SEM和TEM结果表明在柔性基材表面生长了一层Fe_3O_4 NWs阵列(长径比约为10)。柔性Fe_3O_4NWs-PP无纺布表现出良好的耐久性、饱和磁化强度、超顺磁性能和优异UV-vis吸收能力。(2)通过改良的银镜反应(化学镀银)在Fe_3O_4 NWs-PP无纺布复合材料表面原位逐层自组装,形成类三明治结构的智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布。由于Fe_3O_4 NWs对银离子的捕获和催化作用,鱼鳞状Ag片只沉积在织物的上下表层并作为电极层(约100μm),同时少量银离子扩散到内部形成Fe_3O_4 NWs@Ag结构的传感层(约700μm)。研究表明智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布具有良好的柔韧性和稳定性,而且可以被任意裁剪,同时不会影响传感器结构。该传感器可以被裁剪成各种形状或在表面刺绣,并可以集成到其他纺织品或现有的柔性电子系统。(3)智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布的导电性随着温度升高先降低后急速增加,由电绝缘转化为导体。智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布为早期火灾预警提供实时监控(低于100oC),当遇到火灾时转换为电导体可作为火灾报警织物。其快速响应时间为2秒和稳定探测时间超过15分钟。将智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布裁切、缝纫或刺绣后,可以作为水分子浓度(湿度)响应传感器。智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布可以监测使用者的健康状态,包括湿度响应、呼吸监测、皮肤水分测量及运动监测。智能柔性Ag/Fe_3O_4 NWs无纺布的类三明治结构设计使其可以为家用纺织品提供火警报警功能和作为湿度响应及健康监测传感器(4)通过辐射接枝聚合和共沉淀法在PET织物表面原位形成Fe_3O_4,再利用化学镀镀镍(Ni)形成高导PET应变传感器。Fe_3O_4作为连接层,改善了导电Ni层与PET基板之间的附着力,同时增强磁性能,赋予应变传感器优异的稳健性。与常见的应变传感器相比,该传感器随应变增加而显示出明显的负电阻变化,同时具有快速、稳定、可重复的信号响应(拉伸范围为0-40%,工作频率为0.05-1Hz)。该传感器可以缝合到衣服中用于运动监测和电磁干扰屏蔽,同时也可以作为磁电响应开关。
语种	中文
页码	154
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32517]
专题	上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年
作者单位	中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
推荐引用方式 GB/T 7714	张茂江. 柔性织物表面诱导生长Fe_3O_4纳米线及其传感行为研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2020.

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