CN110284210B - 一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明通过利用等离子体处理、棒涂、预拉伸、复制转移和卷起等技术制备柔性可拉伸纤维，可以通过调控预拉伸应变的大小来调控内部连续波浪状微结构的幅值和宽度，从而实现不同拉伸灵敏度的调控，另外，卷起形成的内部螺旋层状结构有利于保护内部导电材料的稳定性和循环使用性。本发明具有制备方法简单、成本低、结构可调控且利于实现大规模生产等优点，利用衣物编织技术，可制成具有应变传感功能和柔性互连功能的织物，在柔性可穿戴电子器件上具有巨大的应用潜力。

Description

一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维，还具体涉及该纤维的制备方法与应用。
背景技术
随着科学技术的不断发展，在近几年中，可穿戴健康和娱乐设备不断地走入人们的视野，给人们的生产和生活方式带来了巨大的改变和提高。而随着人们需求的增加以及科学研究的不断进步，将这些可穿戴健康和娱乐设备变为具有轻巧、便携和生物兼容性等特点的柔性可穿戴电子产品成为一种主流的趋势。一方面，这些柔性可穿戴电子产品能够给人们带来更加简单直接的操作体验，同时又能够实时对人体的生理健康活动进行监测。另一方面，由于现有技术的不足，如何采用低成本、高效率大规模生产的工艺仍然面临挑战。
在柔性可穿戴电子产品中，柔性应变传感器和柔性互连导体是其重要组成部分，为此，人们也对这种两种柔性电子材料进行了广泛的研究。我们之前的发明专利分别提出了一种制备基于微裂纹机理的具有高灵敏度可拉伸应变传感器的方法以及一种三维结构复合材料用于柔性互连导体，这两种柔性可穿戴电子材料具有重要的应用价值。广西大学给出了一种利用氧化石墨烯分散液和多壁碳纳米管水溶液，然后混合均匀后进行超声波处理，再加入抗坏败血酸后注入玻璃管内密封后放置烘箱中进行反应，制得一种柔性纤维电极的制备方法，具有良好的电化学性能和力学性能。浙江理工大学通过溶液混合法制备
柔性导电纤维，其中以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)为柔性基底，以聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸-石墨烯为导电材料，并以银纳米线修饰电极，得到一种基于银纳米线修饰的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯/石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸的柔性纤维传感器电极用于医疗生物监测等领域。
此外，对于具有微结构柔性纤维的研究，华祥(中国)高纤有限公司给出了基于静电纺丝工艺和编制缠绕纺织的一种具有高比表面多孔纤维及其制备方法。韩国成均馆大学的Siyeon Jang等人提出了一种碳基超弹具有层级结构的纤维用于柔性应变传感器，可以监测人体弯腰和肘部活动。澳大利亚莫纳什大学的Yunmeng Zhao等人采用干法纺丝的方法制备了一种受苔藓启发的金/弹性体界面结构的可拉伸导电纤维，在可穿戴纺织电子领域具有重要应用潜力。四川大学高分子研究所的Xiaodong Wu等人利用喷涂导电材料在柔性基底上并卷起的方式，制备出了一种高度可伸缩的导电复合材料纤维。
通过上述对柔性应变传感器和柔性互连导体研究进展的总结可以发现，尽管目前人们对这两种柔性电子材料的研究已经取得了一定的进展，但是如何实现低成本、方法简单制备出可以大规模生产的柔性应变传感器和柔性互连导体材料仍然具有很大的挑战，同时，如何实现在一种柔性材料上可控性制备不同应用需求的柔性应变传感器和柔性互连导体也是一项难题。
发明内容
针对目前柔性应变传感器成本高、制备方法复杂、可拉伸性较低、灵敏度调控度低等特点，且柔性应变传感器与柔性互连导体作为从工作机制具有一定矛盾点的两种不同材料，本发明提供了一种具有成本低、制备方法简单、可拉伸性较高、灵敏度可调控等特点的柔性电子材料及其制备方法。通过等离子体处理、棒涂和预拉伸等技术首先得到具有波浪状微结构的模版材料，通过复制转移、卷起等方法制备出内部具有微结构的柔性可拉伸纤维，通过实现对内部连续波浪状微结构形貌的控制，既可以根据实际需要用于柔性互连导体，也可以用于柔性可穿戴应变传感器，实现了在一种纤维上结构可控并具有不同应用功能的柔性可拉伸纤维的制备。通过将该纤维与衣服织物共同编织后，可制成具有应变传感功能和柔性互连功能的织物。
第一方面，本发明提供了一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维，所述纤维是将预拉伸的聚合物基底材料进行亲水性处理后棒涂导电纳米材料，然后释放预拉伸应力得到连续波浪状微结构，接着通过复制转移的方式将所述连续波浪状微结构和导电纳米材料转移至另一新的聚合物材料表面，然后采用卷起新的聚合物材料的方式得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维。
优选地，所述聚合物基底材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
优选地，所述纳米导电材料选自金属纳米线、石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒的一种或多种，优选为石墨烯和银纳米线的复合材料，所述银纳米线为长度20-200μm的银纳米线。
优选地，所述新的聚合物材料选自聚二甲基硅氧烷和固化剂的组合物、聚氨酯、Ecoflex，优选所述聚合物为聚二甲基硅氧烷和固化剂的组合物。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚合物基底材料切成具有一定尺寸的长条状后，置于预拉伸夹具上并夹紧两端，施加一定的应变使聚合物基底材料被拉伸，将处于这种拉伸状态下的聚合物基底材料置于等离子体气氛中进行亲水性处理后，采用棒涂的方法在被拉伸的聚合物基底材料表面均匀涂上石墨烯和银纳米线的复合材料水分散液并烘干；
(2)将烘干后的聚合物基底材料通过释放外部预应力的方式使其恢复到初始原长状态并在玻璃片上铺平，在其涂有石墨烯和银纳米线的复合材料的表面均匀滴涂新的聚合物材料PDMS预聚物溶液并固化，固化后将新的聚合物材料PDMS从聚合物基底剥离；
(3)将剥离得到的新的聚合物材料PDMS带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，并在中部的两端分别用导电银浆粘上细铜箔片后，沿着垂直原始预拉伸方向卷起新的PDMS，卷到最后尾部用PDMS预聚物溶液封端并固化后，得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)中所述一定尺寸的长条状聚合物基底材料长度为1～100cm，例如1cm、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm；宽度为1～100cm，例如1cm、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm；厚度为50～1000μm，例如50μm，100μm，200μm，300μm，400μm，500μm，600μm，700μm，800μm，900μm，1000μm；预拉伸操作的一定应变为0％～500％，例如0％、10％、30％、50％、100％、150％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)中所述离子体气氛中进行亲水性处理的机器功率为1W～100W，例如1W、5W、10W、15W、20W、25W、30W、35W、40W、45W、50W、55W、60W、65W、70W、75W、80W、85W、90W、95W、100W；时间为1～30min，例如，1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)中所述采用棒涂方法在被拉伸的聚合物基底材料表面均匀涂上的石墨烯和银纳米线的复合材料水分散液中，石墨烯浓度为1～20mg/mL，例如1mg/mL、5mg/mL、10mg/mL、15mg/mL、20mg/mL；银纳米线浓度为1～10mg/mL，1mg/mL、2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL、8mg/mL、10mg/mL；涂上后烘干温度为20～90℃，例如20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃；烘干时间为30～90min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min。
优选地，石墨烯和银纳米线复合材料水分散液的体积比例为1:0.1～1，例如1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9或1:1等。
优选地，银纳米线溶液中，银纳米线的长度为20～200μm，优选50～120μm，例如50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm或120μm等；直径为30～70nm，优选40～60nm，例如40nm、45nm、50nm、55nm或60nm等。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(2)所述PDMS为二甲基硅烷和固化剂混合物质，经过固化后形成柔性固态材料。其中，所用二甲基硅烷和固化剂的质量比为20～5:1，例如20:1、18:1、15:1、
12:1、10:1、8:1或5:1等，优选10:1。所述固化温度为60℃～90℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃等，优选70℃。所述固化时间为1～5h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、
5h等，优选3h。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(3)所述在新的PDMS中部的两端是指在新的PDMS平铺后，带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，在两端中间并不超过中间位置20％范围内的位置，例如中间位置范围1％、5％、10％、15％、20％。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(3)所述固化温度为50～90℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等；所述固化时间为1～5h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等，优选3h。
第三方面，本发明提供一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维作为柔性可拉伸可穿戴应变传感器和柔性互连导体的用途。
与现有技术相比，本发明通过利用等离子体处理、棒涂、预拉伸、复制转移和卷起等技术制备柔性可拉伸纤维，可以通过调控预拉伸应变的大小来调控内部连续波浪状微结构的幅值和宽度，从而实现不同拉伸灵敏度的调控，另外，卷起形成的内部螺旋层状结构有利于保护内部导电材料的稳定性和循环使用性。本发明具有制备方法简单、成本低、结构可调控且利于实现大规模生产等优点，利用衣物编织技术，可制成具有应变传感功能和柔性互连功能的织物，在柔性可穿戴电子器件上具有巨大的应用潜力。
具体实施方式
实施例1
将聚合物基底材料切成具有长60cm宽30cm厚度100μm的长条状后，置于预拉伸夹具上并夹紧两端，施加10％的应变使聚合物基
底材料被拉伸，将处于这种拉伸状态下的聚合物基底材料置于等离子体气氛中进行亲水性处理，其中机器功率为10W，时间为10min，亲水性处理后采用棒涂的方法在被拉伸的聚合物基底材料表面均匀涂上石墨烯和银纳米线的复合材料水分散液并烘干，其中水分散液中石墨烯浓度为10mg/L，银纳米线浓度为6mg/L，银纳米线的长度为50μm，直径为50nm，二者体积比为1:1；烘干温度50℃，时间50min。
将烘干后的聚合物基底材料通过释放外部预应力的方式使其恢复到初始原长状态并在玻璃片上铺平，在其涂有石墨烯和银纳米线的复合材料的表面均匀滴涂新的聚合物材料PDMS预聚物溶液并固化，其中PDMS预聚物中PDMS和固化剂的质量比为10:1，固化温度70℃，固化时间为3h，固化后将新的聚合物材料PDMS从聚合物基底剥离；
将剥离得到的新的聚合物材料PDMS带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，并在两端中间不超过中间位置20％的位置分别用导电银浆粘上细铜箔片后，沿着垂直原始预拉伸方向卷起新的聚合物材料PDMS，卷到最后尾部用PDMS预聚物溶液封端并固化，其中PDMS预聚物中PDMS和固化剂的质量比为10:1，固化温度70℃，固化时间为3h，固化后得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维。
按照现有常规技术，将上述柔性可拉伸纤维制成可穿戴应变传感器。
实施例2
将聚合物基底材料切成具有长100cm宽50cm厚度200μm的长条状后，置于预拉伸夹具上并夹紧两端，施加100％的应变使聚合物基底材料被拉伸，将处于这种拉伸状态下的聚合物基底材料置于等离子体气氛中进行亲水性处理，其中机器功率为100W，时间为30min，亲水性处理后采用棒涂的方法在被拉伸的聚合物基底材料表面均匀涂上石墨烯和银纳米线的复合材料水分散液并烘干，其中水分散液中石墨烯浓度为20mg/L，银纳米线浓度为10mg/L，银纳米线的长度为50μm，直径为50nm，二者体积比为1:1；烘干温度50℃，时间50min。
将烘干后的聚合物基底材料通过释放外部预应力的方式使其恢复到初始原长状态并在玻璃片上铺平，在其涂有石墨烯和银纳米线的复合材料的表面均匀滴涂新的聚合物材料PDMS预聚物溶液并固化，其中PDMS预聚物中PDMS和固化剂的质量比为10:1，固化温度70℃，固化时间为3h，固化后将新的聚合物材料PDMS从聚合物基底剥离；
将剥离得到的新的聚合物材料PDMS带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，并在两端中间不超过中间位置20％的位置分别用导电银浆粘上细铜箔片后，沿着垂直原始预拉伸方向卷起新的聚合物材料PDMS，卷到最后尾部用PDMS预聚物溶液封端并固化，其中PDMS预聚物中PDMS和固化剂的质量比为10:1，固化温度70℃，固化时间为3h，固化后得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维。
按照现有常规技术，将上述柔性可拉伸纤维制成柔性互连导体。
对比例1
将聚合物基底材料切成具有长100cm宽50cm厚度200μm的长
条状后，置于等离子体气氛中进行亲水性处理，其中机器功率为50W，时间为20min，亲水性处理后采用棒涂的方法在聚合物基底材料表面均匀涂上石墨烯和银纳米线的复合材料水分散液并烘干，其中水分散液中石墨烯浓度为20mg/L，银纳米线浓度为10mg/L，银纳米线的长度为50μm，直径为50nm，二者体积比为1:1；烘干温度50℃，时间50min。
将烘干后的聚合物基底材料在玻璃片上铺平，在其涂有石墨烯和银纳米线的复合材料的表面均匀滴涂新的聚合物材料PDMS预聚物溶液并固化，其中PDMS预聚物中PDMS和固化剂的质量比为10:1，
固化温度70℃，固化时间为3h，固化后将新的聚合物材料PDMS从聚合物基底剥离；
将剥离得到的新的聚合物材料PDMS带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，并在两端中间不超过中间位置20％的位置分别用导电银浆粘上细铜箔片后，沿着宽度方向卷起新的聚合物材料PDMS，卷到最后尾部用PDMS预聚物溶液封端并固化，其中PDMS预聚物中PDMS和固化剂的质量比为10:1，固化温度70℃，固化时间为3h，固化后得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维。
按照现有常规技术，制成上述柔性可拉伸纤维。
实施例1-2与对比例1相比可以发现，虽然对比例1也获得了柔性可拉伸纤维，然而由于其没有对聚合物基底材料进行预拉伸操作，因此其不能获得内部连续波浪状微结构，也无法实现对柔性可拉伸纤维的内部微结构的可控操作，进而制备出的柔性纤维无法实现精准的面向柔性可拉伸可穿戴应变传感器和柔性互连导体的应用。
本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维，其特征在于，所述纤维是将预拉伸的聚合物基底材料进行亲水性处理后棒涂导电纳米材料，然后释放预拉伸应力，使得所述导电纳米材料产生连续波浪状微结构，接着通过复制转移的方式将所述连续波浪状微结构转移至另一新的聚合物材料表面，然后采用卷起新的聚合物材料的方式得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维；
其中，所述聚合物基底材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）；
所述导电纳米材料选自金属纳米线、石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒的一种或多种，所述金属纳米线为长度20-200μm的银纳米线；
所述新的聚合物材料选自聚二甲基硅氧烷和固化剂的组合物、聚氨酯或Ecoflex。
2.一种如权利要求1所述的内部具有微结构的柔性可拉伸纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将聚合物基底材料切成具有一定尺寸的长条状后，置于预拉伸夹具上并夹紧两端，施加一定的应变使聚合物基底材料被拉伸，将处于这种拉伸状态下的聚合物基底材料置于等离子体气氛中进行亲水性处理后，采用棒涂的方法在被拉伸的聚合物基底材料表面均匀涂上石墨烯和银纳米线的复合材料水分散液并烘干；
（2）将烘干后的聚合物基底材料通过释放外部预应力的方式使其恢复到初始原长状态并在玻璃片上铺平，在其涂有石墨烯和银纳米线的复合材料的表面均匀滴涂另一新的聚合物材料PDMS预聚物溶液并固化，固化后将新的聚合物材料PDMS从聚合物基底剥离；
（3）将剥离得到的新的聚合物材料PDMS带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，并在中部的两端分别用导电银浆粘上细铜箔片后，沿着垂直原始预拉伸方向卷起新的PDMS，卷到最后尾部用PDMS预聚物溶液封端并固化后，得到内部具有微结构的柔性可拉伸纤维。
3.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述一定尺寸的长条状聚合物基底材料的长度为1~100cm，宽度为1~100cm，厚度为50~1000μm；预拉伸操作的一定应变为0%~500%。
4.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述离子体气氛中进行亲水性处理的机器功率为1W~100W，时间为1~30min。
5.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述石墨烯的浓度为1~20mg/mL，所述银纳米线的浓度为1~10mg/mL，所述石墨烯和银纳米线复合材料水分散液中二者的体积比例为1:0.1~1，涂上后烘干温度为20~90℃，烘干时间为30~90min。
6.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述PDMS预聚物溶液为二甲基硅烷和固化剂混合物质，所用二甲基硅烷和固化剂的质量比为20~5:1，所述固化温度为60℃~90℃，所述固化时间为1~5h。
7.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（3）所述在中部的两端是指在新的PDMS平铺后，带有转移得到的石墨烯和银纳米线的复合材料的一面朝上，在两端中间并不超过中间位置20%范围内的位置。
8.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（3）所述沿着垂直原始预拉伸方向卷起新的PDMS，卷起的紧密程度要使PDMS每卷起的层之间紧密贴合。
9.如权利要求2所述的纤维制备方法，其特征在于，步骤（3）所述固化温度为50~90℃，所述固化时间为1~5h。
10.如权利要求1所述的一种内部具有微结构的柔性可拉伸纤维在柔性可拉伸可穿戴应变传感器和柔性互连导体中的应用。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112179263B (zh) * 2020-09-07 2022-02-18 嘉兴学院 一种具有锯齿沟槽结构的柔性应变传感器及其制备方法
CN112957030A (zh) * 2021-02-03 2021-06-15 西安交通大学 一种用于颈椎弯曲监测的可穿戴柔性应变智能传感***
CN112900080B (zh) * 2021-02-03 2021-12-28 西安交通大学 一种复合纳米纤维膜及柔性应变传感器的制备方法
CN114395152A (zh) * 2022-02-21 2022-04-26 浙江理工大学 一种低成本可大面积制备的Ag-rGO-PDMS柔性传感器的制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0491682A1 (fr) * 1992-02-11 1992-06-24 Neyr Plastiques (S.A.) Procédé pour la fabrication de pièces moulées comportant un support rigide et un recouvrement souple
CN105898981A (zh) * 2016-04-01 2016-08-24 合肥工业大学 一种基于导电织物的可拉伸电极及其制备方法
CN105976896A (zh) * 2016-05-11 2016-09-28 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性导体及其制备方法
CN106003889A (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 东华大学 一种高弹电致发热复合膜及其制备方法
CN106084268A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 东华大学 一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法
CN106814110A (zh) * 2017-01-05 2017-06-09 华中科技大学 一种可拉伸半导体电阻式柔性气体传感器及其制备方法
CN108053946A (zh) * 2017-11-30 2018-05-18 南京工业大学 一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法
CN108977960A (zh) * 2018-08-24 2018-12-11 武汉理工大学 一种具有双级波浪结构的高拉伸压电微纤维及其制备方法
CN109381182A (zh) * 2018-10-11 2019-02-26 北京印刷学院 一种柔性可拉伸生物传感器及其制备方法
CN109448883A (zh) * 2018-10-19 2019-03-08 东南大学 一种预拉伸加工的褶皱状石墨烯柔性电极的制造方法
CN109586608A (zh) * 2018-11-08 2019-04-05 北京化工大学 一种柔性可拉伸单电极摩擦纳米发电机及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7038357B2 (en) * 2003-08-21 2006-05-02 Engineering Services Inc. Stretched rolled electroactive polymer transducers and method of producing same

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0491682A1 (fr) * 1992-02-11 1992-06-24 Neyr Plastiques (S.A.) Procédé pour la fabrication de pièces moulées comportant un support rigide et un recouvrement souple
CN105898981A (zh) * 2016-04-01 2016-08-24 合肥工业大学 一种基于导电织物的可拉伸电极及其制备方法
CN105976896A (zh) * 2016-05-11 2016-09-28 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性导体及其制备方法
CN106003889A (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 东华大学 一种高弹电致发热复合膜及其制备方法
CN106084268A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 东华大学 一种银纳米线/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法
CN106814110A (zh) * 2017-01-05 2017-06-09 华中科技大学 一种可拉伸半导体电阻式柔性气体传感器及其制备方法
CN108053946A (zh) * 2017-11-30 2018-05-18 南京工业大学 一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法
CN108977960A (zh) * 2018-08-24 2018-12-11 武汉理工大学 一种具有双级波浪结构的高拉伸压电微纤维及其制备方法
CN109381182A (zh) * 2018-10-11 2019-02-26 北京印刷学院 一种柔性可拉伸生物传感器及其制备方法
CN109448883A (zh) * 2018-10-19 2019-03-08 东南大学 一种预拉伸加工的褶皱状石墨烯柔性电极的制造方法
CN109586608A (zh) * 2018-11-08 2019-04-05 北京化工大学 一种柔性可拉伸单电极摩擦纳米发电机及其制备方法

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