銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法
【專利摘要】本發明屬于可穿戴電子技術領域，涉及一種銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法。該電子導線的制備方法的包括維綸纖維清洗、表面改性，催化活化及化學鍍銩錳鎳合金。本發明制備方法的優點是：經180天模擬人體體液腐蝕測試，金屬離子溢出率小于1ppm，即該材料具有極高的生物環境可靠性；電子導線的電導率高于銅，達到8×107 S/m以上。銩錳鎳合金/維綸電子導線可用于智能服裝，應用前景明朗，市場潛力巨大。
【專利說明】
銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于可穿戴電子技術領域，涉及一種銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法。
【背景技術】
[0002]電子織物(e-textile)是當前可穿戴計算領域的主要研究方向之一，基于織物可穿戴傳感和電子技術追求光電性能(精度、EMC、穩定性)與機械性能(柔性、伸展性、強度)倶佳的織物化傳感、電路和驅動單元(或裝置)，它們可以任意彎曲和扭褶，可通過特殊連接技術“編織”成具有普通衣物形態和舒適度的智能衣物，其上分布式地融入了光、電、聲學性能并同時具備柔韌性。然而，就目前的技術水平而言，如光電性能好，則做到柔性化和彈性化就相對困難，也更缺乏可洗性能，反之亦然。當前主要有三種典型的可穿戴電子織物設計與制作方法，第一種是柔性絲網印刷法，將導電和傳感材料直接印刷在織物基底上。第二種是編織、針織或刺繡，即將導電、傳感和絕緣纖維或絲線通過編織等方法直接制成傳感器。第三種是縫制，利用導電紗線等將現成的電路板或傳感器縫合在衣物上。
[0003]維綸是聚乙烯醇縮醛纖維的商品名稱，也叫維尼綸。其性能接近棉花，有“合成棉花”之稱，是現有合成纖維中吸濕性最大的品種。維綸的柔軟及保暖性好，它的相對密度比棉花要小，因此與棉花相同重量的維綸能織出更多的衣料。它的熱傳導率低，因而保暖性好。維綸的耐磨性和強度也比棉花要好，因此維綸在很多方面可以與棉混紡以節省棉花。維綸主要用于制作外衣、棉毛衫褲、運動衫等針織物，還可用于帆布、漁網、外科手術縫線、自行車輪胎簾子線、過濾材料等。
[0004]用于可穿戴服裝的電子導線，由于與身體長時間接觸，安全問題一直存在風險，特別是含金屬電子導電的應用，在人體汗液環境中，電子導線金屬離子的溢出，對人體不利。本發明是在維綸表面被覆一層銩錳鎳合金層，核心工藝是在銅鋅復合催化活化下，在化學鍍溶液中，稀土元素銩進入錳鎳合金的晶格中，形成更加致密穩定的合金層，經180天模擬人體體液腐蝕測試，銩錳鎳合金/維綸電子導線的金屬離子溢出率小于百萬分之一(Ippm)，說明該材料具有極高的生物環境可靠性;銩錳鎳合金/維綸電子導線的電導率高于銅，達到8X107S/m以上，是目前所有導電維綸復合材料中最好的。綜上所述，本發明提出的銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法具有突出的實質性特點和顯著的進步，即具備創造性。
【發明內容】
[0005]本發明屬于可穿戴電子領域，涉及一種銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法。該制備方法的步驟如下:
[0006]I)將維給纖維依次用重量百分比濃度為10 %的碳酸鉀水溶液、5 %的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干；
[0007]2)將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維;其中改性劑溶液的配方是溶劑為去離子水，溶液中各種溶質濃度分別為:3-巰基丙基三乙氧基硅烷濃度3?6g/L，甲基丙烯酸甲酯濃度9?12g/L，過氧化叔丁醇濃度I?3g/L，丙酮濃度100?200g/L。
[0008]3)將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，洗凈，得活化維綸纖維;其中活化劑溶液的配方是溶劑為去離子水，溶液中各種溶質濃度分別為:硫酸鋅濃度20?30g/L，硫酸銅濃度20?30g/L，十二烷基硫酸鈉濃度20?30g/L。
[0009]4)將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。其中銩錳鎳化學鍍溶液的配方是溶劑為去離子水，溶液中各種溶質濃度分別為:硝酸銩濃度20?30g/L;硫酸鎳濃度20?30g/L;硝酸錳濃度40?60g/L;碳酸氫鈉濃度30?60g/L;十二烷基硫酸鈉濃度60?90g/L; 二甲氨基硼烷濃度3?6g/L; 丁二酸濃度 6 ?9g/L。
[0010]5)銩錳鎳合金/維綸電子導線測試表征。將銩錳鎳合金/維綸電子導線置于模擬人體體液中，于37°C放置180天，取出，以能量彌散X射線探測器(EDX)測試電子導線的元素含量，計算銩、錳、鎳離子的溢出率；以四探針測試儀測試電子導線的電導率。其中模擬人體體液各成分含量:NaCl 8g/L，KCl 0.4g/L,NaHCO3 0.35g/L，CaCl2 0.14g/L,Na2HPO4 0.06g/LjKH2PO4 0.06g/L,MgSO4.7H20 0.28/1，葡萄糖18/1。
[0011]銩錳鎳合金/維綸電子導線可用于可穿戴服裝，應用前景明朗，市場潛力巨大。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實施例進一步描述本發明
[0013]實施例1
[0014]將維給纖維依次用重量百分比濃度為10%的碳酸鉀水溶液、5 %的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干。
[0015]將3.5g 3-巰基丙基三乙氧基硅烷，9.5g甲基丙烯酸甲酯，2.5g過氧化叔丁醇溶于165g丙酮中，添加去離子水，配成體積為IL的改性劑溶液。
[0016]將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維。
[0017]將29.5g硫酸鋅，21.5g硫酸銅，25.5g十二烷基硫酸鈉溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的活化劑溶液。
[0018]將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，洗凈，得活化維綸纖維。
[0019]將24.5g硝酸銩，25.5g硫酸鎳，46.5g硝酸錳，57.5g碳酸氫鈉，78.5g十二烷基硫酸鈉，4.5g二甲氨基硼烷，8.5g丁二酸溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的銩錳鎳化學鍍溶液。
[0020]將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。
[0021]將8gNaCl，0.4g KCl，0.35g NaHCO3,0.14g CaCl2,0.06g Na2HPO4,0.06g KH2PO4,0.2g MgSO4.7H20，Ig葡萄糖溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的模擬人體體液。
[0022]將銩錳鎳合金/維綸電子導線置于模擬人體體液中，于37°C放置180天，取出，以能量彌散X射線探測器(EDX)測試電子導線的元素含量，計算銩、錳、鎳離子的溢出率分別為0.35ppm、0.25ppm、0.15ppm;以四探針測試儀測試電子導線的電導率為8.5 X 107S/m。
[0023]實施例2
[0024]將維給纖維依次用重量百分比濃度為10%的碳酸鉀水溶液、5 %的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干。
[0025]將4.4g 3-巰基丙基三乙氧基硅烷，10.3g甲基丙烯酸甲酯，2.2g過氧化叔丁醇溶于151g丙酮中，添加去離子水，配成體積為IL的改性劑溶液。
[0026]將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維。
[0027]將21.5g硫酸鋅，22.7g硫酸銅，22.9g十二烷基硫酸鈉溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的活化劑溶液。
[0028]將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，洗凈，得活化維綸纖維。
[0029]將23.8g硝酸銩，24.9g硫酸鎳，56.4g硝酸錳，58.2g碳酸氫鈉，81.6g十二烷基硫酸鈉，4.1g二甲氨基硼烷，6.9g丁二酸溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的銩錳鎳化學鍍溶液。
[0030]將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。
[0031]將8gNaCl，0.4g KCl，0.35g NaHCO3,0.14g CaCl2,0.06g Na2HPO4,0.06g KH2PO4,0.2g MgSO4.7H20，Ig葡萄糖溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的模擬人體體液。
[0032]將銩錳鎳合金/維綸電子導線置于模擬人體體液中，于37°C放置180天，取出，以能量彌散X射線探測器(EDX)測試電子導線的元素含量，計算銩、錳、鎳離子的溢出率分別為0.13ppm、0.llppm、0.31ppm;以四探針測試儀測試電子導線的電導率為8.3X 107S/m。
[0033]實施例3
[0034]將維給纖維依次用重量百分比濃度為10%的碳酸鉀水溶液、5 %的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干。
[0035]將6g 3-巰基丙基三乙氧基硅烷，12g甲基丙烯酸甲酯，3g過氧化叔丁醇溶于200g丙酮中，添加去離子水，配成體積為IL的改性劑溶液。
[0036]將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維。
[0037]將30g硫酸鋅，30g硫酸銅，30g十二燒基硫酸鈉溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的活化劑溶液。
[0038]將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，洗凈，得活化維綸纖維。
[0039]將30g硝酸鎊，30g硫酸鎳，60g硝酸猛，60g碳酸氫鈉，90g十二燒基硫酸鈉，6g 二甲氨基硼烷，9g丁二酸溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的銩錳鎳化學鍍溶液。
[0040]將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。
[0041]將8gNaCl，0.4g KCl，0.35g NaHCO3,0.14g CaCl2,0.06g Na2HPO4,0.06g KH2PO4,0.2g MgSO4.7H20，Ig葡萄糖溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的模擬人體體液。
[0042]將銩錳鎳合金/維綸電子導線置于模擬人體體液中，于37°C放置180天，取出，以能量彌散X射線探測器(EDX)測試電子導線的元素含量，計算銩、錳、鎳離子的溢出率分別為0.22ppm、0.31ppm、0.2Ippm;以四探針測試儀測試電子導線的電導率為8.5 X 107S/m。
[0043]實施例4
[0044]將維給纖維依次用重量百分比濃度為10%的碳酸鉀水溶液、5 %的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干。
[0045]將3.4g 3-巰基丙基三乙氧基硅烷，10.5g甲基丙烯酸甲酯，2.6g過氧化叔丁醇溶于172g丙酮中，添加去離子水，配成體積為IL的改性劑溶液。
[0046]將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維。
[0047]將25.2g硫酸鋅，23.8g硫酸銅，22.2g十二烷基硫酸鈉溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的活化劑溶液。
[0048]將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，洗凈，得活化維綸纖維。
[0049]將21.1g硝酸銩，23.3g硫酸鎳，45.5g硝酸錳，56.7g碳酸氫鈉，71.9g十二烷基硫酸鈉，5.1g二甲氨基硼烷，7.3g丁二酸溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的銩錳鎳化學鍍溶液。
[0050]將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。
[0051]將8gNaCl，0.4g KCl，0.35g NaHCO3,0.14g CaCl2,0.06g Na2HPO4,0.06g KH2PO4,
0.2g MgSO4.7H20，Ig葡萄糖溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的模擬人體體液。
[0052]將銩錳鎳合金/維綸電子導線置于模擬人體體液中，于37°C放置180天，取出，以能量彌散X射線探測器(EDX)測試電子導線的元素含量，計算銩、錳、鎳離子的溢出率分別為0.32ppm、0.1lppm、0.2Ippm;以四探針測試儀測試電子導線的電導率為8.1 X 107S/mo。
[0053]實施例5
[0054]將維給纖維依次用重量百分比濃度為10%的碳酸鉀水溶液、5 %的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干。
[0055]將3g3-巰基丙基三乙氧基硅烷，9g甲基丙烯酸甲酯，Ig過氧化叔丁醇溶于10g丙酮中，添加去離子水，配成體積為IL的改性劑溶液。
[0056]將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維。
[0057]將20g硫酸鋅，20g硫酸銅，20g十二燒基硫酸鈉溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的活化劑溶液。
[0058]將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，洗凈，得活化維綸纖維。
[0059]將20g硝酸銩，20g硫酸鎳，40g硝酸錳，30g碳酸氫鈉，60g十二烷基硫酸鈉，3g 二甲氨基硼烷，6g丁二酸溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的銩錳鎳化學鍍溶液。
[0060]將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。
[0061]將8gNaCl，0.4g KCl，0.35g NaHCO3,0.14g CaCl2,0.06g Na2HPO4,0.06g KH2PO4,
0.2g MgSO4.7H20，Ig葡萄糖溶于500mL去離子水中，再稀釋成體積為IL的模擬人體體液。
[0062]將銩錳鎳合金/維綸電子導線置于模擬人體體液中，于37°C放置180天，取出，以能量彌散X射線探測器(EDX)測試電子導線的元素含量，計算銩、錳、鎳離子的溢出率分別為
0.42ppm、0.llppm、0.16ppm;以四探針測試儀測試電子導線的電導率為8.2X 107S/m。
【主權項】
1.一種銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法，其特征在于: 1)將維給纖維依次用重量百分比濃度為10%的碳酸鉀水溶液、5%的雙氧水溶液、去離子水洗凈、烘干； 2)將洗凈的維綸纖維置于改性劑溶液中30分鐘，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小時，冷卻至室溫，得改性維綸纖維； 3)將改性維綸纖維置于活化劑溶液中30分鐘，取出，用去離子水洗凈，烘干，再置于重量百分比濃度為5%的硼氫化鉀水溶液中10分鐘，取出，用去離子水洗凈，得活化維綸纖維； 4)將活化維綸纖維置于銩錳鎳化學鍍溶液中，于25°C化學鍍3小時，取出洗凈，烘干，得銩錳鎳合金/維綸電子導線。2.如權利要求1所述的銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法，其特征在于所述的改性劑溶液的配方是溶劑為去離子水，溶液中各種溶質濃度分別為: 3-巰基丙基三乙氧基硅烷濃度3?6 g/L; 甲基丙烯酸甲酯濃度9?12 g/L； 過氧化叔丁醇濃度I?3 g/L; 丙酮濃度100?200 g/L ο3.如權利要求1所述的銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法，其特征在于所述的活化劑溶液的配方是溶劑為去離子水，溶液中各種溶質濃度分別為: 硫酸鋅濃度20?30g/L; 硫酸銅濃度20?30g/L; 十二烷基硫酸鈉濃度20?30g/L。4.如權利要求1所述的銩錳鎳合金/維綸電子導線的制備方法，其特征在于所述的銩錳鎳化學鍍溶液的配方是溶劑為去離子水，溶液中各種溶質濃度分別為: 硝酸銩濃度20?30g/L; 硫酸鎳濃度20?30g/L; 硝酸錳濃度40?60g/L; 碳酸氫鈉濃度30?60g/L; 十二烷基硫酸鈉濃度60?90g/L; 二甲氨基硼烷濃度3?6g/L; 丁二酸濃度6?9g/L。
【文檔編號】D06M11/83GK106087400SQ201610475040
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月27日
【發明人】藍碧健
【申請人】太倉碧奇新材料研發有限公司