细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电复合膜的制备及表征

陶思轩 ,  杨群 ,  周卫冕 ,  朱杰 ,  苏娟 ,  张宁 ,  潘虹 ,  徐丽慧 ,  王际平

材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (10) : 200 -209.

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材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (10) : 200 -209. DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000424
研究论文

细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电复合膜的制备及表征

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Preparation and properties of bacterial cellulose/polypyrrole/fluorinated graphite flexible conductive membranes

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摘要

细菌纤维素(BC)基柔性导电膜材料,凭借卓越的力学性能、优异的生物兼容性及其环境友好的加工技术,已成为当前研究的热点。BC基柔性导电膜材料具有三维网孔结构,纤维上含有大量的羟基,该结构特征导致水分子在渗透到导电材料中时易与纤维上羟基形成结合水,从而对电荷传输产生不利影响。为了改善这一问题,本研究采用原位聚合法和真空抽滤技术制备了柔性导电复合膜材料(BC/PPy/PVA-nFG)。其中,聚乙烯醇(PVA)用作机械增强组分,聚吡咯(PPy)用作导电介质,而氟化石墨(FG)作为协同导电机制兼疏水组分。通过减少水分子与BC纤维上羟基之间的氢键作用,有效降低了纤维间结合水的含量,从而提高了材料在湿润状态下的电荷传输稳定性。实验数据显示,柔性导电膜材料在未吸水状态下的初始电阻为32 Ω,吸水后溶胀率达53%,电阻上升至47 Ω。该研究表明,通过引入FG纳米片,可以显著提高BC基柔性导电膜材料的电荷传输稳定性能,为开发新一代绿色环保柔性导电膜材料提供了有价值的研究方向。

Abstract

Bacterial cellulose (BC)-based flexible conductive membrane materials have garnered significant attention in current research due to their exceptional mechanical properties, excellent biocompatibility and environmentally friendly processing technology. These materials feature a three-dimensional mesh structure with numerous hydroxyl groups on the BC fibers. However, this structural characteristic can lead to the absorption of bound water, negatively impacting charge transport. To address this issue, researchers have developed flexible conductive composite membrane materials (BC/PPy/PVA-nFG) through in-situ polymerization and vacuum filtration. In this composite, polyvinylalcohol (PVA) serve as the mechanical reinforcement component, polypyrrole (PPy) act as the conductive phase and fluorinated graphite (FG) provide hydrophobic properties as well as conductivity. By reducing the hydrogen bonding between water molecules and the hydroxyl groups on the BC fibres, the content of bound water is effectively minimized, thus enhancing the charge transport stability even in wet conditions. Experimental data reveal that the initial resistance of the dry-state flexible conductive material is 32 Ω. Upon water absorption, the resistance increases to 47 Ω at the water absorption reach 53%, demonstrating the efficacy of incorporating cost-effective FG nanosheets. This research opens up valuable avenues for developing a new generation of green and environmentally friendly flexible conductive membrane materials.

Graphical abstract

关键词

细菌纤维素 / 聚吡咯 / 聚乙烯醇 / 氟化石墨 / 柔性导电膜材料

Key words

bacterial cellulose / polypyrrole / polyvinylalohol / fluorinated graphite / flexible conductive membrane material

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陶思轩,杨群,周卫冕,朱杰,苏娟,张宁,潘虹,徐丽慧,王际平. 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电复合膜的制备及表征[J]. 材料工程, 2025, 53(10): 200-209 DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000424

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随着市场对轻量化、小型化及便携式柔性电子设备的需求日益增长,传统以金属材料为导电介质的刚性电子产品由于缺乏足够的弯曲和拉伸性能,正逐渐遭到淘汰。电子设备柔性化这一趋势促使大量研究人员将研究目光转向聚合物基柔性导电膜材料的研究。这类材料应用广泛,包括染料敏化电池1、超级电容器2、智能可穿戴设备3、纳米摩擦发电机4、压力传感器5以及人造皮肤6等。常见的聚合物基柔性导电膜材料根据聚合物基底的类型,被划分为合成聚合物基和生物聚合物基两大类。
由于合成聚合物主要源于不可再生的石油资源,因此为了响应国家可持续发展政策,完成2030年碳达峰目标。在柔性电子领域研究人员将研究重点转向绿色、环保及可生物降解的生物基聚合物柔性导电膜材料。生物基聚合物的主要来源包括纤维素7、淀粉8、明胶9和壳聚糖10等。特别是纤维素,凭借独特的网络结构、高柔韧性、可再生性、高透光率(90.5%)及低热膨胀系数,成为制造柔性导电膜材料的理想基材。细菌纤维素(BC)作为纤维素家族的一员,因其高纯度、高机械强度、高结晶度以及可生物降解的特性在柔性导电膜材料领域被视为极具潜力的材料。然而,BC纤维含有大量羟基,在潮湿环境下水分子进入纤维内部后能够轻易与之产生氢键力结合,从而形成结合水,这种结合水在低温下难以被除去。BC基柔性导电膜材料吸水溶胀后导电性下降可以被归纳为以下两个方面:(1)内部的导电介质长期、大面积与结合水接触,可能会造成导电介质氧化。以常见的导电高分子材料聚吡咯(PPy)为例,在水和氧气的作用下PPy链段中氧化降解生成过氧化PPy单元,PPy导电性下降。导电介质导电性下降对柔性导电膜材料内的电荷传输具有负面影响,易出现如响应滞后、阻抗衰减及静电屏蔽等问题。(2)BC作为柔性导电膜材料基材,吸水后三维缠结结构遭到破坏,导电介质脱落,导电网络致密性与完整性遭到破坏,柔性导电膜材料导电性下降。
因此,疏水改性成为提高BC基柔性导电膜材料电荷传输稳定性的关键技术之一,特别是在潮湿或水下等特种作业环境中。疏水改性有助于BC基柔性导电膜材料电化学稳定性,提升材料使用寿命,降低生产成本。疏水性可以通过多种方法引入到柔性导电膜材料中,包括化学修饰11、表面处理12、复合材料技术13等。Zhu等14使用硅氧烷对羟基化多壁碳纳米管进行改性得到高度硅氧化的多壁碳纳米管,其与环氧树脂构建的超疏水涂层水接触角达到>170°。Gao等15在其工作中提到,使用聚多巴胺(PDA)与银纳米颗粒(AgNps)作为导电介质在聚丙烯(PP)上构建柔性PP/PDA/AgNPs导电复合织物,通过全氟癸硫醇(PFDT)对织物进行表面处理,达到柔性导电膜材料超疏水目的。Xu等16通过基质溶胀聚合策略,将疏水性深共熔聚合物引入乙基纤维素网络中,制备了高柔性透明导电基材,并使用氟化二氧化硅(F-SiO2)对基材进行改性以赋予超疏水性,接触角达到162.2°,具有优异的超疏水性。深共熔聚合物的引入不仅赋予了材料良好的电传感性能,还与F-SiO2产生了界面相互作用,从而提高涂层的稳定性。但目前制备的疏水柔性导电膜材料存在以下问题:(1)流程繁琐,对设备要求高,成膜基材大量使用合成聚合物材料,自然降解困难,环境压力大,不符合当前节能减排环境背景。(2)过分追求超疏水效果,导致疏水材料在柔性导电膜材料内部对导电介质形成包覆,柔性导电膜材料导电网络完整性与致密性遭到破坏,整体导电性低。
因此,本工作利用环保绿色材料细菌纤维素(BC)与聚乙烯醇(PVA)作为成膜基材,聚吡咯(PPy)为导电介质,氟化石墨(FG)作为疏水材料,采用原位聚合与真空抽滤相结合,制备BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料,重点探讨FG的加入对柔性导电膜材料抗溶胀性的影响,以及溶胀后对柔性导电膜材料导电性能影响。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

细菌纤维素(bacterial cellulose,固含量0.8%)购自桂林奇宏科技有限公司;氟化石墨(FG),购自南京格瑞法碳素材料有限公司;十二烷基硫酸钠(C12H25NaSO4),吡咯(Py),三氯化铁六水合物(FeCl3·6H2O)和聚乙烯醇(PVA),均为化学纯,购自上海泰坦科技股份有限公司。

1.2 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电膜材料的制备

首先,称取0.70 g十二烷基硫酸钠,将其完全溶解于20 mL去离子水中,分别向该溶液中加入不同质量的氟化石墨(FG),配置成质量分数为5%、10%和15%的FG分散悬浮液。使用转速为3000 r/min的高速均质搅拌机对以上混合物溶液进行1 min的均质搅拌,以形成均匀的FG分散液。接着,向该分散液中加入0.4 mL吡咯(Py)单体和5 g细菌纤维素分散液(BC)。在400 r/min的搅拌速度下持续搅拌30 min,促使Py与BC纤维之间通过氢键力相互作用,形成复合溶液BC/PPy-nFG (n为5、10和15,质量分数/%)。

称取0.35 g聚乙烯醇(PVA)并加入20 mL去离子水,在95 °C并维持此温度2 h,确保PVA颗粒完全溶解。冷却至室温后,向PVA溶液中添加0.324 g FeCl3·6H2O得到PVA-FeCl3·6H2O溶液。将PVA-FeCl3·6H2O溶液缓慢滴加至先前制备的BC/PPy-nFG溶液中,继续以400 r/min的速度搅拌,进行6 h的原位聚合反应。最后,通过真空抽滤技术处理,得到的柔性导电膜材料命名为BC/PPy/PVA-nFG。详细步骤如图1所示。

1.3 表征与测试

使用Thermo Scientific傅里叶变换红外光谱进行数据采样,扫描范围为400~4000 cm-1,分辨率为4 cm-1,每个试样至少测试3个不同的点。在3 kV电压下通过Regulus8100型扫描电子显微镜观察柔性导电膜材料的表面微观结构和截面微观结构特征。使用K-Alpha型X线光电子能谱表征柔性导电膜材料表面成分和掺杂程度,束斑400 μm,工作电压12 kV,灯丝电流6 mA,全谱扫描100 eV,步长1 eV,窄谱扫描50 eV,步长0.1 eV。使用Horiba LabRAM HR Evolution拉曼光谱对柔性导电膜材料的分子结构进行表征,激发波长为633 nm。柔性导电膜材料表面电阻通过Unit-55A数字万用表测试获得,固定探针探头距离,重复多次取平均值。采用Waters TGA55热重分析仪表征柔性导电膜材料热稳定性。采用HTC-1综合热分析仪对柔性导电膜材料纤维孔隙间水的含量进行分析,具体测试参数设置如下:升温区间为20~200 ℃,升温速率10 ℃/min,氮气流量恒定为40 cm3/min,到达200 ℃后保温30 min确保纤维间结合水被彻底的烘出。采用YG(B)026GC型电子万能试验机,遵照GB/T1040.1—2006标准进行力学性能测试,根据实验数据绘制应力-应变曲线,具体测试参数为:测试速度50 mm/min,夹距为15 mm。

2 结果与讨论

2.1 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电膜材料微观形貌

图2为柔性导电膜材料表面微观形貌和截面微观形貌图。通过图2(a-1)BC/PPy/PVA表面微观形貌可以直接观察到BC的纤维与三维网孔结构,并且BC纤维上有球状结构存在,这表明导电介质聚吡咯(PPy)在BC纤维上生成。图2(a-2)~(a-4) 分别为BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG表面微观形貌,随着大量FG纳米片加入,纳米片在柔性导电膜材料的表面富集、堆叠,从而构建疏水表面。图2(b-1)为BC/PPy/PVA柔性导电膜材料截面形貌,BC/PPy/PVA柔性导电膜材料截面呈现为显著的片层结构,且BC纤维间相互交缠形成三维缠结结构。图2(b-2)~(b-4)分别为BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG柔性导电膜材料的截面形貌图,从图中可见FG纳米片在BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料的内部大量存在,并在BC纤维网孔间产生堆叠。由于FG纳米片是一种具有低表面能的疏水物质,因此BC/PPy/PVA-nFG被充分润湿后,BC纤维与PVA上羟基与水接触面积减小,结合水形成概率降低。但是FG纳米片的存在破坏了BC纤维片层结构与缠结结构,这有可能对BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料的力学性能产生影响。

图3为BC/PPy/PVA-5FG表面元素分析图,通过对EDS元素图分析可知,BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料的表面含有C、N、O、F元素。F元素作为疏水元素,在FG中与C元素通过C—F键相连。FG纳米片在BC/PPy/PVA-5FG表面形成疏水层,赋予BC/PPy/PVA-5FG表面疏水性,可减少水分子的进入。

2.2 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电膜材料化学结构

图4(a)为BC/PPy/PVA、BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料与FG的红外图谱。BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG柔性导电膜材料红外图谱上3336 cm-1与1608 cm-1的峰值分别归属于O—H的伸缩振动峰与弯曲振动峰,主要来自于BC纤维与PVA上的O—H。而在BC/PPy/PVA柔性导电膜材料中O—H伸缩振动峰为3188 cm-1,造成BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料中O—H蓝移的主要原因可能是FG纳米片破坏PVA中O—H与BC纤维中O—H形成氢键力。FG纳米片有且仅有1201 cm-1处的共价C—F键。BC/PPy/PVA-nFG、BC/PPy/PVA在1519 cm-1与1432 cm-1的峰值分别对应标准吡咯环中C̿    C/C—C和C—N键伸缩振动峰峰值,1309 cm-1与1141 cm-1处峰值分别对应N—H与C—H面内振动峰。结合1519、1432、1309 cm-1与1141 cm-1四处峰值可以明确导电聚合物PPy成功地在BC纤维上合成。图4(b)显示了不同含量下BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料D峰与G峰,D峰位于1340 cm-1,代表FG纳米片的结构缺陷(C—F键的sp3杂化)。G峰位于1580 cm-1代表C原子sp2杂化轨道伸缩振动。BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG中D峰与G峰的比值分别为1.07、1.01与0.98。随着D峰与G峰比值的不断降低,少量的FG纳米片沉积在BC纤维间。由于sp2碳原子区域数量较多,促进电荷在BC纤维网孔间转移,但是由于FG纳米片在BC纤维网孔中产生堆叠现象,BC纤维网孔间FG纳米片中sp3结构缺陷区域增大,阻碍电荷在BC纤维间的转移。

图5是BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料XPS谱图。由图5(a)可知,随着FG纳米片含量的增加,XPS总谱图中F1s的峰值强度增加,但C1s与O1s的峰值强度却未发生显著变化。结合SEM图像发现,FG纳米片与BC纤维之间未产生明显共价连接。图5(b)和图5(c)分别是BC/PPy/PVA与BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料的C1s分谱图。C1s峰值分别为284.8、286.4、287.8、289.3 eV对应BC/PPy/PVA材料中C—C、C—O—C、C—N+与C̿    O键,398.5、399.8 eV与401.5 eV分别对应BC/PPy/PVA柔性导电膜材料中的去质子化苯胺氮(C—N)、氨基(N—H)与质子化苯胺氮(N—H+),质子化苯胺氮被用于衡量导电介质PPy的掺杂度,通过计算BC/PPy/PVA柔性导电膜材料掺杂度为28.51%。图5(d)和图5(e)分别为BC/PPy/PVA与BC/PPy/PVA-5FG的N1s分谱图,其中,BC/PPy/PVA-5FG中289.7 eV处峰面积显著加强,这主要源自于FG纳米片中共价C—F键的加入。通过利用质子化苯胺氮(N—H+)进行掺杂度计算,BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料的掺杂度约为23.1%,表明FG纳米片的加入对于PPy的原位聚合有一定的影响,但是并不显著。

2.3 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电膜材料导电性能

图6(a)为BC/PPy/PVA和BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料的溶胀率与初始电阻图。BC/PPy/PVA柔性导电膜材料的初始电阻为38.5 Ω,其吸水以后溶胀率为81%,且吸水后电阻升高至530 Ω。造成BC/PPy/PVA吸水后电阻上升的主要原因是:BC纤维网孔间PVA吸水后发生溶胀体积增大,柔性导电膜材料致密的导电网络遭到破坏,BC/PPy纤维出现分离,同时PVA在部分导电介质PPy外层形成绝缘的聚合物外壳,造成柔性导电膜材料BC/PPy/PVA溶胀后电阻提升。随着FG纳米片的加入,初始电阻呈现出先下降后逐渐上升的趋势,其中BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG的初始电阻分别为32.8、34.6 Ω与38.0 Ω。造成该现象的原因可以被归纳为:(1)FG纳米片加入后与PVA产生相互作用,FG在BC纤维网孔堆叠被固定,减小了PVA与BC纤维接触面积,减少PPy被PVA包覆形成聚合物外壳。(2)在FeCl3·6H2O的催化作用下,可能部分C—F产生断裂,FG纳米片中sp2杂化区域数量提升,促进电子在BC纤维网孔间的转移。图6(b)是BC/PPy/PVA和BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料水接触角。其中BC/PPy/PVA水接触角为28.5°,BC/PPy/PVA柔性导电膜材料表面与水接触瞬间,水滴迅速铺展开,表明BC/PPy/PVA有较强的亲水性。而加入FG后,BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料的水接触角随着FG用量的增加而提升,BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG的水接触角分别为80°、112°与121°。结合SEM图与EDS分析可知,BC/PPy/PVA-nFG通过FG纳米片中低表面能的F元素在柔性导电膜材料构建起疏水表面。

图7为BC/PPy/PVA和BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料吸水后溶胀率与达到溶胀平衡后的电阻。对比发现,加入FG后,BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料溶胀率由81%分别下降至53%、45%和40%,吸水溶胀后电阻则分别对应为47.1、52.3 Ω和56.2 Ω。对BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料吸水前后溶胀率与电阻变化数据进行分析总结,BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料具有稳定的电荷传输能力原因大致可以被归纳为以下:(1)大量FG纳米片在柔性导电膜材料的表面构建疏水层,减少水分子进入。(2)BC纤维网孔间含有FG纳米片,水分子进入纤维网孔后,由于FG纳米片是低表面能纳米填料,水分子难以直接与PVA产生结合形成结合水,降低PVA吸水溶胀后体积,减少聚合物外壳对PPy的包覆,提高导电网络的完整性。

2.4 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电膜材料热稳定性能

图8(a)为BC/PPy/PVA、BC/PPy/PVA-nFG与FG的热失重曲线。BC/PPy/PVA柔性导电膜材料的热稳定性可分析为:200 ℃以下,BC/PPy/PVA柔性导电膜材料质量损失为8%,该部分的质量损失主要来自于柔性导电膜材料中自由水以及结合水脱出;200~300 ℃质量损失为12%,这源于聚乙烯醇侧链、PPy与BC的降解;BC/PPy/PVA主要质量损失发生在300~400 ℃,该区间内BC/PPy/PVA材料质量损失达到33%,PVA与BC纤维主链中的C—C键发生断裂。加入FG纳米片后,BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料在300 ℃以下的降解与BC/PPy/PVA柔性导电膜材料类似,依次为自由水与结合水脱出、PVA与BC纤维素侧链断裂与PPy降解。但由于FG的加入,BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料在300~400 ℃区间质量损失下降至6%,并且在400~500 ℃区间有一定的热稳定性(8.6%)。

图8(b)为BC/PPy/PVA和BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料的DSC曲线图。由图8(b)可知,BC/PPy/PVA柔性导电膜材料纤维网孔间自由水的脱出温度为77 ℃,结合水的脱出温度为141 ℃。随着BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料中FG纳米片含量提升,自由水的脱出温度下降至(60±3) ℃,汽化峰的宽度减小,表明纤维间自由水的含量下降。BC/PPy/PVA-5FG、BC/PPy/PVA-10FG与BC/PPy/PVA-15FG汽化峰温度分别对应123、116 ℃与107 ℃。汽化峰温度降低且宽度减小,表明BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料中结合水减少且更易脱除(图9所示),进一步验证了FG的加入,抑制了材料与水分子的结合。

2.5 细菌纤维素/聚吡咯/氟化石墨柔性导电膜材料力学性能

将FG作为疏水填料加入柔性导电膜材料的目的除改善其抗溶胀性之外,另一目的是提升柔性导电膜材料的力学性能。图10(a)所示为柔性导电膜材料添加FG后应力与应变曲线图。未经过PPy改性的BC纤维膜材料最大拉伸强力为15.4 MPa,断裂伸长率为14.7%。BC纤维膜优异的断裂伸长率主要得益于BC纤维上含有大量羟基,并且在真空抽滤的过程中BC纤维膜形成片层结构。宏观的片层结构促进BC纤维间相互缠结,在微观上形成三维缠结结构,缠结的BC纤维相互靠近,羟基间易形成氢键。BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料中,大量PPy在BC纤维羟基上完成聚合,BC纤维上羟基数量显著减少,形成氢键力位点减少。相邻羟基间的Py单体在聚合过程中会出现PPy球相互连接,客观上造成BC纤维产生弯曲的现象。因此BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料的断裂伸长率下降至8.8%。但是随着FG的加入,FG沉积在BC纤维网孔间产生堆叠。在柔性导电膜材料拉伸过程中FG纳米片间堆叠产生摩擦力,同时沉积在纤维网孔间的FG受到PVA固定,FG纳米片与BC纤维产生机械互锁效应,从而限制BC纤维产生滑移现象。因此,柔性导电膜材料BC/PPy/PVA-5FG的最大断裂强力提升至29.2 MPa。图10(b)~(d)为BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料三种不同状态下的宏观图片,即平铺状(图10(b))、折叠状(图10(c))与卷曲状(图10(d))。通过图片可以观察到BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料具有优异的柔韧性,可以轻易被折叠与卷曲,优异的力学性能与柔韧性能为柔性导电膜材料在智能穿戴领域的使用提供了应用保障。

3 结论

(1)使用细菌纤维素(BC)与聚乙烯醇(PVA)作为成膜基材,聚吡咯(PPy)为导电介质,氟化石墨(FG)作为协同导电介质兼疏水组分,通过原位聚合和真空抽滤相结合的方法制备柔性导电膜材料BC/PPy/PVA-nFG。当FG纳米片添加量为5%时,FG纳米片沉积在BC/PPy/PVA柔性导电膜材料纤维网孔间,具有促进电荷在纤维网孔间转移的作用,初始电阻下降至32.8 Ω。

(2)FG纳米片通过减少羟基与纤维间水接触面积,减少柔性导电膜材料吸水性,显著降低BC/PPy/PVA-nFG柔性导电膜材料浸润后纤维网孔间结合水与自由水的含量。经过溶胀测试与导电性测试,材料的溶胀率下降至53%,溶胀后电阻仅从32.8 Ω上升至47 Ω,相较于BC/PPy/PVA显著下降(由吸水溶胀前的38.5 Ω升高至530 Ω)。

(3)BC/PPy/PVA-5FG柔性导电膜材料通过引入FG纳米片,减少BC与PVA上O—H间氢键力结合,但是FG纳米片间存在摩擦力,并且FG纳米片被PVA固定后,被固定的FG纳米片与BC纤维产生机械互锁现象,限制了BC纤维的滑移,因此虽然柔性导电膜材料断裂伸长率下降至8.8%,但是最大断裂强力提升至29.2 MPa。

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基金资助

纺织纤维及制品教育部重点实验室课题(Fzxw202303)

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