P3HB4HB基弹性导电纤维的制备及在柔性力学传感方面的应用研究

The elastic conductor which can be used as lead wires and electrodes for the stretchable electronics is a key component to implement the stretchable electronic devices. In this study, poly-(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (P3HB4HB) /poly(3-hexylthiophene) (P3HT) blend fibers and fiber assembles will be prepared.By adjusting the mixture ratio of the two polymers, the spinning method and process, doping methods, the fibers or fabrics with tunable conductivity and the tensile properties can be achieved. Moreover, the sensing performance for pressure and strain will be investigated. In theory, exploring new preparation methods for elastaic electroconductive fibers and constructing the model of force; in the application, providing a new approach for the development of tactile sensors, forming our own intellectual property rights. This program keeps up with the latest trends in international research, findings will promote the research and development of elastic conductive fiber and application for tactile sensing. This study has important scientific significance and application value.

弹性导体可以被用作可拉伸电子器件的连接导线和电极材料，是实现可拉伸电子学器件的关键部件。本项目设计制备3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共聚物（P3HB4HB）/聚-3已基噻吩(P3HT)共混系列纤维和纤维集合体。通过调整两种聚合物的混合比、纺丝方法与工艺、掺杂方式等制备拉伸力学性能和电导率可以调节的纤维或织物, 并研究对压力、应变的感应性能。在理论上，探索新的弹性纤维制备方法和构建受力模型；在应用上，为新型力学传感器的开发提供可选用的新材料和方法，形成我国自主的知识产权。本项目紧跟国际研究的最新动向，研究成果对推进弹性导电纤维的功能化研究和开发，及其在力学传感中的应用具有重要的科学意义和应用价值。

弹性导体可以被用作可拉伸电子器件的连接导线和电极材料，是实现可拉伸电子学器件的关键部件。本项目设计制备3-羟基丁酸和4-羟基丁酸共聚物（P3HB4HB）/聚-3已基噻吩(P3HT) 等共混系列纤维和纤维集合体。通过调整两种聚合物的混合比、纺丝方法与工艺、掺杂方式等制备拉伸力学性能和电导率可以调节的纤维或织物, 并研究对压力、应变的感应性能。研究成果对推进弹性导电纤维的功能化研究和开发，及其在力学传感中的应用具有参考价值。研究工作和成果总结为如下三个方面：.（1）通过在P3HB4HB/P3HT混合溶液中加入碘单质掺杂，其制得的湿法纺丝纤维呈黑色，纤维本身具有导电性。 随P3HT含量的增加，纤维的拉伸强力增加，断裂伸长率有下降。并发现湿法纺丝时，同样纺丝液在不同凝固浴（异丙醇，异丙醇和水混合液，甲醇和水混合液，甲醇）中成型速度有差异，同时凝固浴的种类也影响复合纤维的力学和导电性能P3HT含量为10wt%的纤维电导率达到2.38×10-5 S/cm，断裂伸长率1292%。初生纤维经过预牵伸后，显示出良好的弹性回复性和可逆的力学、电学性能。.（2）P3HB4HB/P3HT静电纺纤维呈紫色，纤维本身不导电，经过碘蒸气掺杂后，纤维变成墨绿色，且具有良好的弹性回复性能和导电性，电阻率可达103Ω·cm。 同时，在碘浓度相同时，P3HT含量越多，纤维对碘的敏感程度越大，变色越快，导电性也越好；在P3HT含量相同时，碘的浓度越大，纤维变色越快，导电性越好。 可以根据这个特性，用这类纤维来做碘的敏感器。.（3）试验范围内，制备的导电AZO@TiO2晶须的最优表面电阻率为3.6 KΩ·cm，白度值为67. 8。新型白色P3HB4HB/ AZO@TiO2复合纤维在伸长（≤200%）范围内显示出很好的长度和电阻回复性能，在力学传感，可穿戴电子器件中有应用前景。