[发明专利]具有表面间隔结构的导电螺旋纱线自供电传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种具有表面间隔结构的导电螺旋纱线自供电传感器的加工方法，其包括有下列步骤：

步骤一，电纺丝前驱体溶液的配置；

将聚合物A溶解在有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到聚合物纺丝溶液；

用量：100mL的有机溶剂中加入5g～10g的聚合物A；

所述聚合物A为聚氨基甲酸酯、聚己内酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯－六氟丙烯中的一种及两种；

所述有机溶剂为N,N－二甲基甲酰胺、N,N－二甲基乙酰胺，四氢呋喃、丙酮或六氟异丙醇中的一种及两种；

步骤二，构筑聚合物纤维平铺结构体；

步骤21，将步骤一所得的均相聚合物纺丝溶液置于注射器中，在高压静电场作用下进行取向排列纤维的静电纺丝加工，制得纤维丝；

静电纺丝工艺为：注射器中的聚合物纺丝溶液以0.1mL/h～0.5mL/h的速率推出，用不锈钢滚筒作为接收器，以800rpm～1200rpm的转速进行单轴取向排列静电纺丝，工作电压为10kV～20kV，纺丝距离为15cm～30cm；

制得纤维丝的直径为300nm～2μm；

步骤22，将所述纤维丝按照纤维长度方向排列成一排形成聚合物纤维平铺结构体(10)；

步骤三，功能性导电材料的复合；

步骤31，利用超声波将碳纳米管均匀分散于乙醇分散液中，形成涂覆液；在超声频率为50KHz～100KHz下，超声处理15min～20min，超声次数为5～7次；

步骤32，先将涂覆液均匀涂覆于聚合物纤维平铺结构体(10)的一面，然后在40℃～50℃烘干使乙醇完全蒸发，得到一面为碳纳米管涂层(21)的聚合物纤维平铺结构体，称为导电异质纤维束(20)；

步骤四，采用加捻工艺制作具有表面间隔结构的导电螺旋异质纤维束；

将步骤三制得的导电异质纤维束(20)的一端固定在电机的输出轴上，导电异质纤维束(20)的另一端固定在质量块上，调节电机转动速度为800rpm～1200rpm，导电异质纤维束(20)在电机的牵引作用下收缩，形成直线状；随着电机的继续转动，导电异质纤维束(20)直径变细，应力集中于靠近电机端，使得导电异质纤维束(20)经自由端加捻工艺呈现螺旋状，即制得表面间隔结构的导电螺旋异质纤维束(30)；

步骤五，疏水保护层的包覆；

步骤51，配制聚合物粘液；

所述聚合物粘液为双组份的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、铂催化硅橡胶(Ecoflex)或氢化苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物(SEBS)；

步骤52，通过反复浸渍提拉使聚合物粘液均匀涂覆于表面间隔结构的导电螺旋异质纤维束(30)的表面；经室温悬挂固化10～20min后，放入烘箱60℃烘干6～10h后取出，制得表面间隔结构的导电螺旋纱线自供电传感器；

提拉速度20mm/min～50mm/min；

制得的自供电传感器为螺旋结构；

制得的自供电传感器为拉伸摩擦供电方式；

其特征在于：

在步骤二中将多条纤维丝进行相邻或者间隔小于2μm距离进行平铺排列成一排，形成平铺的纤维排，即聚合物纤维平铺结构体；即将第一条纤维丝(11)、第二条纤维丝(12)和第三条纤维丝(13)紧贴在一起平铺成聚合物纤维平铺结构体(10)；

在步骤三中并列排列的第一条纤维丝(11)、第二条纤维丝(12)和第三条纤维丝(13)的上方是碳纳米管涂层(21)；

在步骤四中表面间隔结构的导电螺旋异质纤维束(30)，当碳纳米管涂层(21)裸露在外部时，内部为聚合物纤维束；当碳纳米管涂层(21)在内部时，裸露在外部的则是聚合物纤维束；

制得的自供电传感器的截面结构是由聚合物纤维束(10A)、碳纳米管涂层(21)和疏水保护层(22)构成。