[发明专利]用于制备共聚物包裹的纳米管纤维的方法和装置

说明书

一种制备共聚物包裹的纳米管同轴纤维的方法。该方法包括将第一纺液供应至纺丝喷嘴；将第二纺液供应至纺丝喷嘴；将第一纺液和第二纺液作为同轴纤维纺丝至第一湿浴中；以及将同轴纤维置于不同于第一浴的第二湿浴中。同轴纤维具有包括第一纺液的部分的芯和包括第二纺液的部分的护套。第二湿浴的溶剂分子穿透护套并且从芯中除去酸。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年11月6日提交的名称为“用于可变形且可穿戴应变传感器的同轴热塑性弹性体包裹的碳纳米管纤维”的美国临时专利申请第62/581,926号和于2018年1月25日提交的名称为“共聚物包裹的纳米管纤维及方法”的美国临时专利申请第62/621,640号的优先权，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

背景

技术领域

本文公开的主题的实施例总体上涉及生成共聚物包裹的纳米管纤维的方法，并且更具体地，涉及用于可变形且可穿戴的应变传感器的方法和同轴纤维。

背景技术

可拉伸导体是可穿戴电子设备、柔性显示器、晶体管、机械传感器和能量装置的主要部件。可拉伸纤维导体对于下一代可穿戴电子设备是非常有前途的，因为它们能够容易地大量生产并且容易地编织成织物。近来，可拉伸纤维已经朝着高拉伸性和高灵敏度发展，其适用于如电子皮肤和健康监测系统的应用。

负责应变传感器性能的一些参数是(1)灵敏度，(2)拉伸性和(3)线性度。灵敏度(本文由应变灵敏度系数、GF或应变系数定义)由(a)电阻的相对变化(ΔR/R₀)与(b)所施加的应变之间的比率表示。拉伸性是传感器在断裂前的最大单轴拉伸应变。线性度量化了GF在测量范围内的恒定程度。良好的线性度使应变传感器的校准过程更容易并且确保在所施加的应变的整个范围内的准确测量。

然而，基于常规纤维的应变传感器不能结合高灵敏度(GF＞100)、高拉伸性(应变＞100％)和高线性度。例如，碳化的丝纤维被用作具有良好拉伸性的可佩戴应变传感器中的部件。然而，传感器的灵敏度低，并且随着应变从250％增加至500％，GF从9.6增加至37.5，这表明在应变测量范围内有大的变化。具有“压缩环”结构的石墨烯基复合纤维增加了传感器的拉伸性，但是传感器的结构非常复杂，并且其GF低(在200％应变下GF＝1.5)。基于与压阻橡胶缠绕的电极的电子织物同时(a)映射和(b)量化了机械应变，但是制造工艺复杂且耗时。

因此，需要新一代的导电且可拉伸的纤维来设计高性能的应变传感器。

发明内容

根据实施例，提供了一种用于制备共聚物包裹的纳米管同轴纤维的方法。该方法包括将第一纺液供应至纺丝喷嘴；将第二纺液供应至纺丝喷嘴；将第一纺液和第二纺液作为同轴纤维纺丝至第一湿浴中；以及将同轴纤维置于不同于第一浴的第二湿浴中。同轴纤维具有包括第一纺液的部分的芯和包括第二纺液的部分的护套。第二湿浴的溶剂(例如丙酮)的分子穿透护套并且从芯中除去酸。

根据另一实施例，提供了一种用于制备共聚物包裹的纳米管同轴纤维的装置。该装置包括：具有内通道和外通道的纺丝喷嘴；第一容器，其保持第一纺液并且被配置成将第一纺液供应至纺丝喷嘴的内通道；第二容器，其保持第二纺液并且被配置成将第二纺液供应至纺丝喷嘴的外通道；第三容器，其保持第一湿浴并且被配置成从纺丝喷嘴接收纺丝成的同轴纤维；以及第四容器，其保持第二湿浴并且被配置成从第三容器接收纺丝成的同轴纤维。

根据另一实施例，提供一种制备共聚物包裹的纳米管同轴纤维的方法。该方法包括将第一纺液和第二纺液作为同轴纤维纺丝至第一湿浴中；将同轴纤维置于第二湿浴中以从同轴纤维的芯中提取酸；以及将同轴纤维压平。

附图说明

并入说明书并且构成说明书的一部分的附图示出了一个或更多个实施例，并且与说明书一起解释这些实施例。在附图中：