導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能測試方法探討

婁 閣 劉 瑋 管毅凡 奚圣捷/上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院

導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能測試方法探討

婁 閣 劉 瑋 管毅凡 奚圣捷/上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院

本文敘述了碳納米管導(dǎo)電織物的制作，分析了不同測試方法和測試環(huán)境對(duì)導(dǎo)電織物導(dǎo)電性能測試值的影響。建議在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下采用線測量法測試導(dǎo)電織物的電阻值。

導(dǎo)電織物；碳納米管；導(dǎo)電性能；測試方法

導(dǎo)電織物的應(yīng)用相當(dāng)廣泛：可用于防輻射的屏蔽工作服或屏蔽室專用屏蔽布；更可用作將應(yīng)力、壓力、形變等物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變成為可以被直接觀測或可以被微機(jī)語言衡量的電子信號(hào)[1]的軟性傳感器。柔性傳感器因其柔軟、易變性和舒適等特性，已成為智能紡織品相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在導(dǎo)電織物的制作過程中以及在導(dǎo)電織物使用前，測試它的導(dǎo)電性能，了解它的導(dǎo)電特性以及導(dǎo)電織物的質(zhì)量，是及其重要的工作。本文將研討測試導(dǎo)電織物導(dǎo)電性能的方法，為導(dǎo)電織物的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1.導(dǎo)電紡織品的制備

碳納米管具有高導(dǎo)電性的特點(diǎn)，把碳納米管固著在織物上可制得導(dǎo)電紡織品。本課題選用的織物是95%/5%棉氨針織物。

1.1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原料：碳納米管分散液，中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)公司中科時(shí)代納米事業(yè)部生產(chǎn)，該碳納米管分散液濃度為9.2wt%，含固率為10.5wt%，分散劑TNWDIS含量為1.3wt%；純棉羅紋布；堿劑NaOH和NaSiO3。

實(shí)驗(yàn)儀器：南通金石實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的SDZF-60型真空干燥箱；KEYSIGHT-34461A數(shù)字型萬用表；HHS6型數(shù)顯恒溫水浴鍋；燒杯、玻璃棒、量筒、玻璃培養(yǎng)皿、鑷子、尺子。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）織物預(yù)處理：分別稱取9.1g的NaOH和0.9g的NaSiO3至于燒杯中，加入500ml的蒸餾水，加熱至100℃后放入針織物，兩個(gè)小時(shí)后取出原布，清洗直至中性。再將織物放入SDZF-60型真空烘箱，以100℃烘干織物。

（2）稱取100g的碳納米管分散液，量取265ml的蒸餾水，倒入燒杯中混合，攪拌均勻而成3wt%的碳納米管溶液。

（3）將三塊針織物平整的放入燒杯中，30min后用鑷子取出，平鋪于玻璃培養(yǎng)皿中，放入100℃的烘箱中，直至布樣烘干后取出。

2.導(dǎo)電機(jī)織物結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)分析

導(dǎo)電織物與一般金屬導(dǎo)電材料不同，金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)原子緊密均勻排列，因而導(dǎo)電性能穩(wěn)定，其電阻的計(jì)算公式為R=ρ L/S，其中R為電阻，S為橫截面積，L為長度，ρ為電阻率。所以在假設(shè)橫截面積以及電阻率不變的情況下，長度是影響電阻的重要因素。而導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能與金屬有很大不同，本文制備導(dǎo)電織物時(shí)采用了針織物。由于針織物內(nèi)部紗線不勻、織物密度差異等問題，（見圖1），其導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性存在較大差異。

3.測試方法和測試條件對(duì)測得的電阻值的影響

3.1 導(dǎo)電測試夾持方法對(duì)電阻值的影響

用萬用表對(duì)制備的導(dǎo)電織物測試電阻值，以了解其導(dǎo)電性能。采用點(diǎn)和線二種測試方法，點(diǎn)測試法是指用萬用表的表筆進(jìn)行測量，如圖3中把表筆的筆頭分別置于Aa或Bb或Cc二點(diǎn)之間測試導(dǎo)電織物的電阻。線測量則用銅線等導(dǎo)電性能良好的材料固定在待測織物二段，用萬用表測試同線Ab二端的電阻值。見圖1。

圖1 導(dǎo)電布的測試方法

實(shí)驗(yàn)用導(dǎo)電織物的試樣長度分別為1cm、3cm、6cm、9cm四種。測得的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同測試方法測得的電阻值

表1中，括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)是用萬用表筆頭在三處測到的電阻值的平均數(shù)。從表1可見，點(diǎn)測量法得到的電阻值在不同的測試點(diǎn)有一定的波動(dòng)，電阻值的大小容易受到導(dǎo)電布中紗線粗細(xì)節(jié)、織物密度不穩(wěn)定等因素的影響。而用線測量時(shí)，接觸導(dǎo)電織物的面積比點(diǎn)測量時(shí)的接觸面積大，測到的是導(dǎo)電布二端線與線之間的電阻值，電阻值較穩(wěn)定，接近于點(diǎn)測量的電阻值的平均數(shù)。能反映整塊導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能，因此，對(duì)于導(dǎo)電布電阻值的測試，建議采用線測量法。

3.2 溫度濕度對(duì)導(dǎo)電織物電阻值的影響

取三塊3×13cm的導(dǎo)電織物試樣，在室溫25℃時(shí)測得它們的電阻值，然后將它們放入烘箱中焙烘，溫度分別設(shè)定為50℃、100℃、150℃，取出后立即測量其電阻值，測量方法為線測量，測試的試樣間距為2cm。數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同溫度下導(dǎo)電織物的電阻值/ KΩ

從表2可見，三塊導(dǎo)電織物的電阻值的變化規(guī)律基本相同，電阻值在25℃到100℃之間隨著溫度的升高，電阻值下降。且溫度達(dá)到150℃時(shí)，導(dǎo)電布的電阻值出現(xiàn)顯著下降，三塊導(dǎo)電布在的電阻值150℃時(shí)的平均值比在溫度100℃時(shí)下降了62%，由此可知，導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能隨著在烘干過程中水分的蒸發(fā)而變好。

4.結(jié)論

采用碳納米管固著在織物上的方法制作的導(dǎo)電織物，由于織物結(jié)構(gòu)以及紗線不勻等因素的影響，在相同測試距離，不同的測試點(diǎn)之間，導(dǎo)電織物的電阻值存在著較大的差異，為了全面正確的反映導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能，對(duì)導(dǎo)電織物電阻值的測試應(yīng)該采用線測量法。對(duì)導(dǎo)電織物在不同的溫濕度環(huán)境下進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)其電阻值隨溫度的升高而降低。因此，測試導(dǎo)電織物的導(dǎo)電性能應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下進(jìn)行。且在高溫高濕環(huán)境下使用導(dǎo)電織物時(shí)，要測試該環(huán)境下的導(dǎo)電性能，以免造成不良后果。

[1]劉敏.智能型柔性傳感器的導(dǎo)電性與響應(yīng)性能研究[D],東華大學(xué),2009.

[2]Pumera M.Graphene. Based nanomaterials and their electrochemistry［J]．Chemsocrev，2010,10(11):4146 － 4157．