能夠在極端高溫的惡劣條件下工作的智能紡織品在航空航天、消防、石油工業(yè)等方面具有潛在應(yīng)用。目前的耐高溫電子產(chǎn)品通常以硅、碳化硅和陶瓷為基礎(chǔ)，這些材料通常是剛性的，具有一個復(fù)雜的準備過程。制造能夠承受高溫的智能紡織品仍然具有挑戰(zhàn)性。在這項工作中，研究者在石英織物上印刷了基于多壁碳納米管 (MWCNT) 的溫度和彎曲傳感器，以制造耐高溫的智能紡織品。我們在 30 至 900℃范圍內(nèi)原位測量了印刷 MWCNT的高溫電導(dǎo)率。據(jù)報道，溫度傳感器在 30 至 300℃的溫度范圍內(nèi)具有 -1.18 × 10-3/℃的負電阻溫度系數(shù) (TCR)。此外，通過在石英織物上印刷超薄 MWCNT 網(wǎng)絡(luò)，展示了耐高溫彎曲傳感器。在 600℃煅燒后，傳感器保留了良好的靈敏度和出色的穩(wěn)健性。這項工作為制造耐高溫智能紡織品提供了一種簡單、簡便、廉價的方法。
Figure 1. (a) 在石英織物上制造 MWCNT 圖案的過程示意圖。藍色方塊中的方案說明了多壁碳納米管在單根石英纖維上的沉積過程。(b) 印刷的 MWCNT 圖案的光學(xué)圖像。
Figure 2. (a) 石英織物上不同層的印刷 MWCNT 跡線的光學(xué)和 SEM 圖。(b) 打印的一層和八層跡線的放大 SEM 圖。當(dāng)印刷一層時，多壁碳納米管在石英纖維上形成松散的網(wǎng)絡(luò)，但在印刷八層時形成緊密致密的網(wǎng)絡(luò)。(c) MWCNT 跡線對印刷層的電阻依賴性。
Figure 3. (a) 石英織物上一層和八層試樣彎曲后打印的 MWCNT 跡線的光學(xué)圖像。八層試樣的連續(xù)多壁碳納米管薄膜在彎曲后破裂成小塊。(b) 打印的 MWCNT 跡線的 SEM 圖：(i) 彎曲前和 (ii) 彎曲后的單層試樣；(iii) 彎曲前和 (iv) 彎曲后的八層試樣。(c) 一層和八層試件彎曲前后的阻力。單層試件彎曲釋放后恢復(fù)到原來的值，而八層試件的阻力顯著增加。(d) 一層和八層印刷的 MWCNT 跡線的放大 SEM 圖。
Figure 4. (a) TGA 分析和 (b) 干燥 MWCNTs 粉末的 DTG 曲線。（c）在 80℃下干燥的 MWCNT 粉末（p-MWCNTs）和在空氣氣氛350℃下煅燒的 MWCNT 粉末（c-MWCNTs）的 FTIR 光譜。(d) FTIR 光譜從600到2000 cm
–1的放大輪廓。
Figure 5. (a) 石英織物上印刷的 MWCNT 跡線的電導(dǎo)率與30至 900℃的測試溫度的函數(shù)關(guān)系。(b) 在 900℃煅燒前后纖維上印刷的 MWCNT 的 SEM 圖。
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Figure 6. (a) MWCNT 跡線在不同溫度下的電流與電壓 ( I-V ) 曲線。(b) 未經(jīng)處理的 MWCNT 跡線的溫度依賴性電導(dǎo)率。(c) MWCNT 溫度傳感器在空氣中 350℃煅燒后加熱和冷卻循環(huán)期間電阻對溫度的線性依賴性。(d) 印刷溫度傳感器的重復(fù)性。
Figure 7. (a) 傳感器在不同彎曲角度下的電流與電壓 ( I-V ) 曲線。插圖顯示了彎曲角度的定義。(b) 傳感器對增加彎曲角度的彎曲響應(yīng)性能；傳感器在不同彎曲角度的響應(yīng)值（ΔR/R
0）。(c) 不同彎曲頻率下的循環(huán)彎曲響應(yīng)曲線：f = 0.3 s
-1（上）、f = 0.1 s
-1（中）和f = 0.025 s
-1（降低）。(d) 一個響應(yīng)恢復(fù)周期的放大概況。(e) 耐高溫織物傳感器的循環(huán)彎曲測試 3000 次。插圖在 50-100 秒和 9750-9800 秒時顯示出穩(wěn)定的可逆響應(yīng)。(f) 傳感器在 10% RH 和 60% RH 下的響應(yīng)曲線。
相關(guān)研究工作由北京服裝學(xué)院Minxuan Kuang課題組于2022年在線發(fā)表在《ACS Appl. Electron. Mater》上。原文：Printing of Carbon Nanotube-Based Temperature and Bending Sensors for High-Temperature-Resistant Intelligent Textiles。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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