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(gè)復(fù)雜的準(zhǔn)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(xiàng)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?cè)?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(bào)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(fù)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(xiàng)工作為制造耐高溫智能紡織品提供了一種簡單、簡便、廉價(jià)的方法。
Figure 1. (a) 在石英織物上制造 MWCNT 圖案的過程示意圖。藍(lán)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(shí)，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(shí)形成緊密致密的網(wǎng)絡(luò)。(c) MWCNT 跡線對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(shí)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(hào)
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