柔性导电纤维也被称为柔弹电极,指一种纳米级别、导电性能优异且弯曲度极好的复合材料。随着智能服装技术的发展,具有柔弹性、导电性及轻薄性的电极材料对于可穿戴装备的开发具有极大的推动作用。



柔性电极发展历程

柔性电极材料截至目前大体历经了3代。


第1代柔性导电纤维以传统导电金属为原料,并将金属材料设计为可拉伸结构,但面临着服用性能差、导电不稳定等问题。



第2代柔性电极是以高分子聚合物作为弹性电极材料,尽管其稳定性、导电性并不理想,但工艺简单,可设计性强,材料来源广,是目前研究最广的制备弹性电极的方法。



第3代方法是以特殊纺织纱线为基底,与导电纤维通过一定方式结合制备弹性电极。




从第1代柔性传感材料发展到今天,带有电学传感功能的纤维或纤维集合体已经成为一个热点研究领域。服装作为可穿戴电子器件的理想载体,促使可穿戴电子材料向质轻、高柔韧性、导电强等方向发展。可穿戴领域应用的柔性传感材料主要包括以下几种关键材料:



柔性导电纤维-碳材料

随着纳米技术的发展,以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳材料,因同时具备导电性和优异的力学性能引起了学者的关注。有学者将多根碳纳米管集结成束然后加捻为股线,实验测得的碳纳米管束的传感系数为75,这一优良性能足以使碳纳米管成为新一代的应变传感材料。



纳米金属粒子材料

纳米金属粒子粒径小,具有高电子密度、介电特性和催化作用。有学者在纤维织物上沉积纳米银,制备了导电性与弹性俱佳的复合材料。研究发现,尽管金属纳米颗粒的长径比极小,但在复合物中均测得了高导电性和高弹性。


高分子复合材料

高分子聚合物是一种柔弹性好、导电性能优异的材料,常用的有聚苯胺、聚吡咯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷等。高分子聚合物同样存在着电性能与拉伸性能难以兼顾的缺陷,许多学者提出了将现有的良好导电材料与弹性材料机械共混的实验方案。如将导电高分子和高弹性的聚氨酯原料机械共混,制备的导电聚合物电导率较高。

天然纤维复合材料

导电聚合物覆盖在天然纤维上也是制备柔性导电纤维的方法之一。研究发现,炭化蚕丝或再生丝素蛋白具有良好的导电性能,可用于能量转换和存储。吉林大学化学院提出了一种对于可穿戴显示器、传感器等非常理想的多环芳烃棉聚合涂层导电织物,所得织物具有优良的抗腐蚀性、自洁能力、导电性能并且可作为电容介质。