Page 90 - 《精细化工》2022年第1期

第 39 卷第 1 期 精 细 化 工 Vol.39, No.1
2022 年 1 月 FINE CHEMICALS Jan. 2022

功能材料
高弹性 MXene/TPU 纳米纤维纱线的制备

及其应变传感性能

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郑贤宏 1,2 ，胡侨乐 ，聂文琪 ，王宗乾 ，李长龙 ，夏 文
（1. 安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000；2. 东华大学 化学化工与生物工程学院，上海 201620）
摘要：采用静电纺丝技术制备了热塑性聚氨酯弹性体（TPU）纳米纤维膜，并通过“Biscrolling”的方法制备高
弹性过渡金属碳化物/氮化物（Ti 3 C 2 T x MXene）改性 TPU 纳米纤维纱线。通过 SEM、电阻测试、传感性能测试
等对复合纳米纤维纱线进行结构和性能表征。结果显示，随着 MXene 负载量的增加，复合纱线的强度先增加后
降低，断裂伸长率可达 459%以上，展现出优异的弹性和弹性回复性；MXene 片可在纳米纤维纱线表面及内部
形成连续导电薄膜，赋予复合纱线较好的导电性〔电阻（76±16） Ω/cm〕。纱线的应变传感性能测试表明，
MXene/TPU 纳米纤维纱线的传感系数可高达 477.86，线性度高达 0.995，高于绝大多数文献报道的纱线传感器，
并且在监测人体的各种运动状态上展现出较好的应变传感性能。
关键词：MXene；TPU；静电纺丝；纳米纤维纱线；应变传感器；灵敏度；功能材料
中图分类号：TQ342 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 01-0080-06

Preparation and strain sensing performance of highly
stretchable MXene/TPU nanofiber yarn

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ZHENG Xianhong , HU Qiaole , NIE Wenqi , WANG Zongqian , LI Changlong , XIA Wen
（1. School of Textile and Garment, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000, Anhui, China; 2. College of Chemistry,
Chemical Engineering and Biotechnology, Donghua University, Shanghai 201620, China）
Abstract: TPU nanofiber membranes were firstly prepared by the electrospinning technique, and Ti 3C 2T x
MXene/TPU nanofiber yarns were fabricated by the “Biscrolling” method. The obtained composite
nanofiber yarns were characterized by SEM, electrical resistance test, sensing performance test and other
techniques. The results showed that the tensile strength of the composite yarn was firstly increased and then
decreased with the loading of MXene, and the breaking strain was more than 459%, demonstrating good
elasticity. In addition, continuous and conductive MXene film can be constructed on the inner and outside
the yarn, rendering the composite yarn with low electrical resistance [(76±16) Ω/cm]. The strain sensing
performance of the composite yarns were also investigated, and the results revealed that MXene/TPU
nanofiber yarns had the gauge factor and linearity of 477.86 and 0.995, respectively, which were higher
than that of most of yarn strain sensors. In addition, the MXene/TPU nanofiber yarns can be used to
monitor various motion states of human body.
Key words: MXene; TPU; electrospinning; nanofiber yarn; strain sensor; sensitivity; functional materials

近年来，弹性可穿戴的微电子传感器件因其在 应变范围和较低的灵敏度，极大地限制了其智能可
[3]
软体机器人、人体运动监测和健康监护等领域的潜 穿戴应用 。相对于其他传感机制，电阻型应变传
在应用而备受关注 [1-2] 。传统的应变传感器通常是由 感器具有应用范围广、测试便捷等优势。因此，高
刚硬的金属以及半导体材料组成，并且具有较小的 性能电阻式应变传感器的开发是可穿戴式运动监测

收稿日期：2021-07-29; 定用日期：2021-09-30; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210767
基金项目：安徽省自然科学基金（2008085QE213）
作者简介： 郑贤宏（1990—），男，讲师，博士，E-mail：1907059@ahpu.edu.cn。联系人：李长龙(1968—)，男，教授，E-mail：licl@ahpu.edu.cn。