[发明专利]一种自发热柔性可穿戴纳米纤维材料的原位制备方法

说明书

本发明公开了一种自发热柔性可穿戴纳米纤维材料的原位制备方法，该纳米纤维可用于构建具有自发热和透气性的电子皮肤，在智能可穿戴传感体系中展示了优异的自发热性能和温湿度智能传感功能。包括以下步骤：步骤S1：蚕丝茧用NaHCO₃煮30分钟，然后将其溶解在L i Br水溶液中，连续搅拌1小时，然后在去离子水中透析3天，得到待修饰的蚕丝前驱体；步骤S2：将纳米碳材料在处理剂中加热搅拌，得到分散均匀的改性石墨烯或碳纳米管溶液；步骤S3：将改性石墨烯或碳纳米管溶液和待修饰的蚕丝前驱体混合，然后经超声分散得到石墨烯或碳纳米管修饰的蚕丝纤维混合溶液；步骤S4：将得到的石墨烯或碳纳米管修饰的蚕丝纤维溶液内加入0.1％‑1％的CuC l₂、N i C l ₂，然后，将NaOH水溶液搅拌加入到上述溶液中，在60℃加热装置中反应6h，用去离子水透析1天，置于室温下备用。

技术领域

本发明涉及纳米材料用于柔性可穿戴智能衣物技术领域，具体为一种自发热柔性可穿戴纳米纤维材料的原位制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，柔性可拉伸电子产品以经渗透到日常生活的各个角落。集成各类先进功能的纤维电子产品主要依托电子材料在热拉制纤维内的集成。这种方法以可扩展的方式产生具有复杂结构体系的功能电子纤维。将不同的电子流变学、声学特性、热力学、传感的电子材料与纤维相结合，产生能量储存和转换、温湿度调节、刺激感知、监测健康等功能。同时，随着人们审美的提升，对保暖衣物的需求除了基础的保暖功能外，也更加注重轻薄、舒适和美观等性能。自发热织物可以主动产生热量，实现快速升温和持续保温，这与传统笨重的服装通过控制热对流和被动传导来防止热量流失形成鲜明对比。

存在的挑战包括：开发更先进更综合的纳米纤维制备工艺与兼容现有的电子技术；材料结构与性能相互作用的研究，实现简单结构即可操控复杂的功能；纤维的功能没有实现多种功能集成，例如能量储存、转换能量、调节温度、调节湿度、监测健康。当前的自发热织物普遍采用在已有的织物上沉积金属氧化物等功能物质以达到较高的传感性能和自发热效率，但这种方法在一定程度上影响了纤维的颜色和性能，功能物质在织物表面并不稳定。因此，具有连续自发加热效果、传感性能优异、机械性能好等特点的织物受到广泛的青睐；为此，我们在纺丝液中添加功能性纳米材料以实现织物功能化，同时保持织物优雅的外观和优异的机械强度。

本研究所制备的柔性纤维电子皮肤具有自供能发热、自修复、透气性、拉伸性、热传导、温湿度传感等功能，该研究工作将为仿生和高级柔性电子皮肤领域的研究提供新的方向。以期在智能可穿戴传感系统、能源、人造肌肉、神经科学、纳米科学与制造、3D打印、光纤材料、医疗保健中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自发热柔性可穿戴纳米纤维材料的原位制备方法。并将该纳米纤维用于构建具有自发热和透气性等优异性能的电子皮肤，使其在智能可穿戴传感体系中表现优异的自发热性能和温湿度传感功能。以解决上述背景技术中提出的挑战，提高自发热纳米纤维制备工艺与现有的电子技术的兼容性，同时大幅提升多种功能集成效率，例如高自发热效率和优异的温湿度传感灵敏度。同时要保持自发热纳米纤维在智能可穿戴传感应用过程具有较好的结构和性能稳定性、高的使用寿命、均一的热传导性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自发热柔性可穿戴纳米纤维材料的原位制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：蚕丝茧用NaHCO₃煮30分钟，然后将其溶解在LiBr水溶液中，连续搅拌1小时，然后在去离子水中透析3天，得到待修饰的蚕丝前驱体；

步骤S2：将纳米碳材料在处理剂中加热搅拌，得到分散均匀的改性石墨烯或碳纳米管溶液；

步骤S3：将改性石墨烯或碳纳米管溶液和待修饰的蚕丝前驱体混合，然后经超声分散得到石墨烯或碳纳米管修饰的蚕丝纤维混合溶液；