一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法
技术领域
1.本发明属于功能面料技术领域，具体涉及一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法。


背景技术：

2.随着智能电子产品成为生活的潮流，柔性可穿戴设备展现出巨大的应用前景。柔性可穿戴设备中，导电织物是很重要的一类。与塑料、金属、纸张等基材相比，纺织品作为基材拥有更优异的服用性能，可随意弯曲、拉伸，同时还有良好的透气透湿性能，穿戴更加舒适，是制备柔性可穿戴设备的理想材料。然而，常见的纺织纤维和面料所使用的高分子材料都是绝缘材料，电导率低，无法满足柔性可穿戴设备的要求。因此，如何获得具有优异导电性能的纺织材料面临着重大挑战。
3.目前赋予纺织品导电性能的方法包括金属纤维与纺织纤维混纺或者在纤维表面负载碳纳米管、石墨烯等导电材料等。然而，采用第一种方法制备的导电纺织品虽然具有优异的导电性能，但是由于金属纤维模量大，制备的混纺面料弹性与柔顺性均受到较大的影响；使用第二种方法制备导电纺织品由于碳纳米管与石墨烯表面缺乏功能基团，往往需要先将导电材料进行氧化，在其表面增加含氧功能基团后，与织物表面纤维结合，进而再经过还原的方法将导电物质负载到织物表面。这种方法一方面操作繁琐，生产成本高，另一方面导电物质与面料之间的结合力较弱，牢度差，易脱落，稳定性差，使用寿命短。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于mxene的高弹性导电面料，通过对面料进行碱性处理，大大增加面料表面的氨基、羰基、羟基等功能基团数量，从而增强面料中纤维与mxene之间的氢键相互作用，且该工艺简单、成本低廉。
5.为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
6.一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法，包括如下步骤：
7.步骤1，面料的表面处理：将面料放入乙醇溶液洗涤，然后放置在含有表面活性剂、渗透剂和碱剂的水溶液中进行表面处理，经去离子水洗涤晾干后备用；所述步骤1的面料采用棉/氨纶混纺面料、锦纶/氨纶混纺面料或涤纶/氨纶混纺面料中的一种，所述涤纶的质量比例为2-28％，所述乙醇溶液为乙醇水溶液，且乙醇的体积占比为20％，所述表面活性剂采用平平加o，且质量浓度为1.5％，所述渗透剂采用渗透剂jfc，且质量浓度为0.5％，所述碱剂采用氢氧化钠，且质量浓度为0.2-0.8％，优选为0.6％；所述表面处理的温度为60℃，时间为1-3h；
8.步骤2，高分散mxene整理液的制备：将未剥离的粉末状mxene前驱体加入到hf溶液中搅拌，再用去离子水离心水洗至水洗液ph值大于6，然后将离心得到的固体产物放入冰箱中溶胀，经在去离子水中超声分散后得到高分散的mxene整理液；所述hf溶液采用由氟化锂和盐酸反应生产得到，所述hf溶液的浓度为40mg/ml，搅拌温度为30-45℃，水洗离心的速度
为3500rpm，所述溶胀的温度为2-8℃，溶胀的时间为2-5h；进一步的，所述溶胀温度为5℃，时间为3.5h；所述超声分散的频率为40khz，温度为30-50℃，时间为20-50min；所述mxene整理液中mxene的浓度为2-10mg/ml；进一步的，所述超声分散的温度为35℃，超声时间为30min，mxene的浓度为10mg/ml；
9.步骤3，面料的导电整理加工：将经过表面处理的面料在mxene整理液中浸渍，然后取出并在红外干燥箱内干燥，重复上述过程，即可得到高弹性导电面料；所述浸渍的时间为0.5-2h，温度为40-60℃；进一步的，所述浸渍的时间为12h，温度为45℃；所述干燥的温度为80-120℃，时间为3-60min，浸渍烘干的次数为3-6次，进一步的，干燥的温度为95℃，时间为45min，浸渍烘干的次数为4次。
10.本发明采用的mxene是一种与石墨烯具有类似结构的二维过渡金属碳化物，具有良好的导电性和亲水性。与石墨烯与碳纳米管相比，mxene与纺织纤维之间的亲和力较更强，制备导电织物时，不需要繁琐的氧化-还原过程。然而，由于mxene片层结构之间的相互作用力强，mxene整理液难以形成高浓度与分散均匀的均衡。
11.上述的高弹性导电面料可用于柔性传感、电磁屏蔽、光热材料等领域。
12.从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
13.1.本发明通过对面料进行碱性处理，大大增加面料表面的氨基、羰基、羟基等功能基团数量，从而增强面料中纤维与mxene之间的氢键相互作用，在此过程中，无需使用粘合剂就能够将mxene负载在面料表面，从而减少对面料弹性和手感的影响。
14.2.本发明利用hf剥离配合低温膨胀的方法制备mxene分散液，不仅在水中分散性好，浓度高，而且与面料表面的功能基团亲和力强。使得面料薄面的负载量大，牢度好，电导率高。
15.3.本发明采用的浸渍烘干法生产高弹性的导电织物，设备易得，工艺简单，操作简便，便于大规模生产，制得的高弹性导电面料可在柔性传感、电磁屏蔽，光热材料等领域广泛应用，市场前景广阔。
附图说明
16.图1是本发明的高弹性导电织物的制备流程示意图。
具体实施方式
17.结合图1，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
18.实施例1
19.一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法，如图1所示，依次包括以下步骤：
20.步骤1：将由95％的棉与5％的氨纶混纺得到的棉/氨纶混纺面料在20％的乙醇溶液中洗涤晾干之后放置在含有1.5％平平加o，0.5％渗透剂jfc，0.6％的氢氧化钠溶液中，在60℃的条件下碱处理1.5小时，用去离子水，洗涤，晾干备用。
21.步骤2：粉末状的mxene前驱体加入由氟化锂和盐酸反应生产的浓度为40mg/ml的hf溶液中在30℃下搅拌30分钟，在3500rpm的条件下离心水洗至ph值大于6，将离心管底部得到的离心固体放置于冰箱中，冰箱温度控制为4℃，放置时间4小时，然后加入适量的水在
45℃40khz频率下超声分散50分钟，得到的mxene整理液浓度为6mg/ml。
22.步骤3：将步骤1中制备的经过表面处理的棉/氨纶混纺面料在步骤2中获得的mxene整理液在40℃条件下浸渍2小时，在80℃的红外干燥机中烘干2小时，重复5次上述过程，获得高弹性的导电面料。
23.通过上述方案制备的基于mxene的高弹性导电面料表面电阻为11.8kω，经过20次水洗，表面电阻低为14.8kω，100％形变范围内的弹性回复率为82％。
24.实施例2：
25.一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法，依次包括以下步骤：
26.步骤1：将由80％的涤纶与20％的氨纶混纺得到的涤纶/氨纶混纺面料在20％的乙醇溶液中洗涤晾干之后放置在含有1.5％平平加o，0.5％渗透剂jfc，0.4％的氢氧化钠溶液中，在60℃的条件下碱处理2小时，用去离子水，洗涤，晾干备用。
27.步骤2：粉末状的mxene前驱体加入由氟化锂和盐酸反应生产的浓度为40mg/ml的hf溶液中在45℃下搅拌40分钟，在3500rpm的条件下离心水洗至ph值大于6，将离心管底部得到的离心固体放置于冰箱中，冰箱温度控制为6℃，放置时间3小时，然后加入适量的水在40℃40khz频率下超声分散60分钟，得到的mxene整理液浓度为8mg/ml。
28.步骤3：将步骤1中制备的经过表面处理的涤纶/氨纶混纺面料在步骤2中获得的mxene整理液在60℃条件下浸渍1小时，在100℃的红外干燥机中烘干1.5小时，重复3次上述过程，获得高弹性的导电面料。
29.通过上述方案制备的基于mxene的高弹性导电面料表面电阻为13.9kω，经过20次水洗，表面电阻低为15.7kω，100％形变范围内的弹性回复率为91％。
30.实施例3：
31.一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法，依次包括以下步骤：
32.步骤1：将由73％的锦纶与27％的氨纶混纺得到的锦纶/氨纶混纺面料在20％的乙醇溶液中洗涤晾干之后放置在含有1.5％平平加o，0.5％渗透剂jfc，0.6％的氢氧化钠溶液中，在60℃的条件下碱处理2.5小时，用去离子水，洗涤，晾干备用。
33.步骤2：粉末状的mxene前驱体加入由氟化锂和盐酸反应生产的浓度为40mg/ml的hf溶液中在40℃下搅拌40分钟，在3500rpm的条件下离心水洗至ph值大于6，将离心管底部得到的离心固体放置于冰箱中，冰箱温度控制为5℃，放置时间3.5小时，然后加入适量的水在30℃40khz频率下超声分散50分钟，得到的mxene整理液浓度为10mg/ml。
34.步骤3：将步骤1中制备的经过表面处理的锦纶/氨纶混纺面料在步骤2中获得的mxene整理液在45℃条件下浸渍1.2小时，在95℃的红外干燥机中烘干45小时，重复4次上述过程，获得高弹性的导电面料。
35.通过上述方案制备的基于mxene的高弹性导电面料表面电阻为7.8kω，经过20次水洗，表面电阻低为9.6kω，100％形变范围内的弹性回复率为97％。
36.实施例4
37.一种基于mxene的高弹性导电面料的制备方法，依次包括以下步骤：
38.步骤1：将由84％的锦纶与16％的氨纶混纺得到的锦纶/氨纶混纺面料在20％的乙醇溶液中洗涤晾干之后放置在含有1.5％平平加o，0.5％渗透剂jfc，0.2％的氢氧化钠溶液中，在60℃的条件下碱处理1小时，用去离子水，洗涤，晾干备用。
39.步骤2：粉末状的mxene前驱体加入由氟化锂和盐酸反应生产的浓度为40mg/ml的hf溶液中在30℃下搅拌40分钟，在3500rpm的条件下离心水洗至ph值大于6，将离心管底部得到的离心固体放置于冰箱中，冰箱温度控制为2℃，放置时间5小时，然后加入适量的水在35℃40khz频率下超声分散30分钟，得到的mxene整理液浓度为5mg/ml。
40.步骤3：将步骤1中制备的经过表面处理的锦纶/氨纶混纺面料在步骤2中获得的mxene整理液在40℃条件下浸渍2小时，在80℃的红外干燥机中烘干60小时，重复6次上述过程，获得高弹性的导电面料。
41.通过上述方案制备的基于mxene的高弹性导电面料表面电阻为19.6kω，经过20次水洗，表面电阻低为24.5kω，100％形变范围内的弹性回复率为95％。
42.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。