一种用于温度监测的导电织物温敏性能调控方法

本发明属于电子材料，具体涉及一种用于温度监测的导电织物温敏性能调控方法。背景技术：1、在各项生理指标中，体温是人体最重要的四大生命体征之一。准确的监测人体体温的变化，对于了解人体体温的热平衡、评估人体的各种生命活动意义重大。然而，目前大多数的温度传感器并未实现柔性，传感材料与电路接口处的机械连接在一定程度上影响了其可靠性，此外，外界温度改变也会影响导电电路的阻值，进而使得整个测温体系的温敏材料部位的影响不单一，降低了测温的准确性。因此如何实现电路部分温度不敏感而测温部件温度敏感的“传感-电路”一体化测温系统成为了研究重点。导电油墨的丝网印刷工艺，是实现可穿戴电子纺织品大规模制造的实用方法之一。多壁碳纳米管（mwcnts）因其具有优异的电学性能和机械性能而被广泛用作传感材料，在柔性电子学方面具有巨大的潜力。此外，先前的研究已经证明甲壳素纳米晶（chncs）是一种绿色粘合剂（d. kasprzak, m. galiński, chitin as a universal and sustainable electrode binder forelectrochemical capacitors, journal of power sources, 553 (2023) 232300.），因此它可以有效固定mwcnts于基材表面。对传感材料而言，若结合mwcnts和金属（如镍、铜、银）制备得到的mwcnts-金属复合材料可以使得其对外部刺激表现出协同作用，从而识别不同的信号刺激响应（g. cai, m. yang, j. pan, d. cheng, z. xia, x. wang, b. tang,large-scale production of highly stretchable cnt/cotton/spandex compositeyarn for wearable applications, acs applied materials & interfaces, 10 (2018)32726-32735.）。sundaram等人制备了一种几乎不受温度影响的cnts-铜复合电线，利用cnts和铜对温度不同的正负电阻响应特性，削弱了温度的影响（r. sundaram, t. yamada,k. hata, a. sekiguchi, electrical performance of lightweight cnt-cu compositewires impacted by surface and internal cu spatial distribution, scientificreports, 7 (2017) 9267.）。基于织物本身的柔软透气性，选此为柔性传感器基底极大地提高了其可穿性，是制备柔性传感器的基材之一。丝网印刷、化学镀技术工艺简单，成本较低，所得镀层金属结合力较好，也广泛应用于传感器制作领域。因此，采用纯棉织物作为基底材料，将mwcnts制备成墨水形式再通过丝网印刷均匀涂覆在织物表面，再通过改变活化方式、调控化学镀镍时间来设计mwcnts和金属配比不同的导电复合材料以得到具有不同温敏特性的导电织物是一种较为有效的方法。该同一基底、同一丝网印刷-化学镀工艺制备导电织物的工艺方法不仅操作简单，而且具有可控的温敏特性，为制备柔性可穿戴温度传感器提供了技术支持。技术实现思路1、本发明目的是为了解决现有柔性可穿戴温度传感器的传感电极和电路连接处易断裂，传感电极测温不准确而提出一种工艺简便、成本低廉的温度检测的导电织物温敏性能调控方法。2、本发明选用的材料，包括织物、碳基导电墨水、催化活化体系、催化墨水和化学镀镍体系；其中：3、所述织物材料为市售80支纯棉织物；4、所述碳基导电墨水中，溶质的主要成分为多壁碳纳米管和甲壳素纳米晶；溶剂为水；5、其中，多壁碳纳米管和甲壳素纳米晶以质量比为（1-5）：（5-8）；溶质与溶剂的质量比为（6-10）：（0.5-2）；6、所述催化活化体系，溶质主要为氯化钯和硼酸，溶剂为水；7、所述催化墨水中，溶质主要为多壁碳纳米管、甲壳素纳米晶、氯化钯和硼酸，溶质为水；8、所述化学镀镍液配方为20-30 g/l niso4·6h2o、5-15 g/l na3c6h5o7·2h2o、10-20 g/l nah2po2·h2o、15-25 g/l nh4cl，其中，化学镀镍温度为75-85 ℃，化学镀镍时间为1-15 min，并需采用氨水将体系ph值调节为10-11。9、本发明提出的用于温度监测的导电织物温敏性能调控方法，具体步骤为：10、（1）将甲壳素和盐酸混合，水浴加热下磁力搅拌，倒入去离子水中停止反应，将混合物离心后，透析，真空干燥得到甲壳素纳米晶，备用；11、（2）将步骤（1）中粉末分散在去离子水中，再加入多壁碳纳米管粉末，超声分散，得到碳基导电墨水，备用；12、（3）将氯化钯粉末和硼酸溶液混合，磁力搅拌，得到活化液，备用；13、（4）在步骤（3）中的活化液中添加多壁碳纳米管，并用甲壳素纳米晶粉末分散，超声分散后得到催化墨水，备用；14、（5）将纯棉织物依次用去离子水和无水乙醇超声清洗，烘干备用；15、（6）采用丝网印刷方式将步骤（2）中的导电墨水均匀沉积在步骤（5）中的纯棉织物表面，晾干备用；16、（7）将步骤（6）中的织物泡在步骤（3）的活化液中，进行催化活化反应；然后取出，反复用去离子水淋洗并晾干备用；17、（8）采用丝网印刷方式将步骤（4）中催化墨水均匀沉积在步骤（6）中的纯棉织物表面，晾干备用；18、（9）将步骤（7）和步骤（8）处理得到的纯棉织物置于化学镀镍液中，进行化学镀镍，得到复合导电织物。19、其中，盐酸水解制备甲壳素纳米晶中，盐酸浓度为5-10 mol/l，水浴加热温度为50.0-60.0 ℃，离心转速为8000-10000 rpm；优选盐酸浓度为10 mol/l，水浴加热温度为55℃。步骤（2）中，甲壳素纳米晶水溶液中甲壳素纳米晶粉末浓度为30-60 mg/ml，多壁碳纳米管和甲壳素纳米晶粉末的质量比为（1-5）：（3-6）。步骤（3）中，氯化钯浓度为0.1-0.3 g/l，硼酸浓度为15-30 g/l，用盐酸将体系ph值调节为2-3。步骤（4）中，催化墨水体系中氯化钯浓度为0.1-0.2 g/l，硼酸浓度为15-30 g/l，甲壳素纳米晶粉末浓度40-50 g/l，多壁碳纳米管和甲壳素纳米晶粉末的质量比为（1-5）：（3-6）。步骤（5）中，纯棉织物去离子水超声清洗3-4次，无水乙醇超声清洗3-4次，一次处理时间10-20 min。步骤（6）和步骤（8）中，丝网印刷网版目数为100-180目。步骤（7）中，浸泡在活化液中反应时间为3-5 min，在室温下进行。步骤（9）中，所述化学镀镍液的配方为20-30 g/l niso4·6h2o、5-15 g/l na3c6h5o7·2h2o、10-20 g/l nah2po2·h2o、15-25 g/l nh4cl，其中，化学镀镍温度为75-85 ℃，化学镀镍时间为1-15 min；并需用氨水将体系ph值调节为10-11。20、本发明制备的复合导电织物具有较好的导电性能，且复合导电层于织物基底之间结合力较好。通过控制镀镍时间和pd2+负载浓度调控mwcnts和ni含量配比，利用二者温度系数相反的特性和pd2+的催化活化效果，获得了温敏性能可控的导电复合材料。利用该方法可得到灵敏度高、线性度好、响应迅速的温度传感材料；也可得到稳定性高的温度不敏感材料，该温度不敏感材料可实现图形化制备，在织物传感器中充当织物电路，一定程度上削弱了电路阻值随温度变化而变化对测温传感材料处的影响。21、通过对传感机理分析可以看到，多壁碳纳米管的阻值随温度升高而降低，表现出负温度系数。mwcnts涂覆在纯棉织物表面形成连续的导电薄膜，由于热量激发了mwcnts中的载流子，当温度升高时，载流子迁移率会由于散射效应而减小，导致织物电导率下降。相反，金属镍为正温度系数材料，随着温度的升高，其晶格振动加强，对电子的散射作用增强，阻碍了电子的定向移动；同时ni的热阻较高，导致热量在ni层中传导的速度较慢，但当温度升高时，传导速度增加，使得热阻增加显著，综合上述因素，ni阻值随温度升高而增加。在基底材料表面沉积不同配比的多壁碳纳米管-镍复合导电层，由于配比不同，材料最终表现的温敏特性也会有所差异。此外，由于pdcl2活化方式的差异，织物表面沉积的pd2+浓度不同，最终样品表面的金属镍晶型和形貌均有所差异，也会在一定程度上影响最终导电织物的温敏特性。22、本发明以纯棉织物为基底制备具有不同温敏特性的导电织物，与现有技术相比，本发明具有以下优点：23、（1）该制备技术具有普适性，对于绝大多数纺织品均适用，拓宽了在织物基柔性可穿戴领域的应用；24、（2）该制备技术基于同一基材、同一“丝网印刷-化学镀”工艺，制备得到具有不同多壁碳纳米管-镍配比的导电织物，具有不同的温敏特性；25、（3）该制备技术可以同时制备具有高灵敏度的温度传感材料和温度不敏感性织物电路，一体化集成于织物表面可得到测温准确的温度传感器，在柔性可穿戴领域具有广阔的应用前景。