铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法
【专利摘要】本发明属于可穿戴电子技术领域，涉及一种铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法。该电子导线的制备方法的包括维纶纤维清洗、表面改性，催化活化及化学镀铥锰镍合金。本发明制备方法的优点是：经180天模拟人体体液腐蚀测试，金属离子溢出率小于1ppm，即该材料具有极高的生物环境可靠性；电子导线的电导率高于铜，达到8×107 S/m以上。铥锰镍合金/维纶电子导线可用于智能服装，应用前景明朗，市场潜力巨大。
【专利说明】
铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于可穿戴电子技术领域，涉及一种铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法。
【背景技术】
[0002]电子织物(e-textile)是当前可穿戴计算领域的主要研究方向之一，基于织物可穿戴传感和电子技术追求光电性能(精度、EMC、稳定性)与机械性能(柔性、伸展性、强度)倶佳的织物化传感、电路和驱动单元(或装置)，它们可以任意弯曲和扭褶，可通过特殊连接技术“编织”成具有普通衣物形态和舒适度的智能衣物，其上分布式地融入了光、电、声学性能并同时具备柔韧性。然而，就目前的技术水平而言，如光电性能好，则做到柔性化和弹性化就相对困难，也更缺乏可洗性能，反之亦然。当前主要有三种典型的可穿戴电子织物设计与制作方法，第一种是柔性丝网印刷法，将导电和传感材料直接印刷在织物基底上。第二种是编织、针织或刺绣，即将导电、传感和绝缘纤维或丝线通过编织等方法直接制成传感器。第三种是缝制，利用导电纱线等将现成的电路板或传感器缝合在衣物上。
[0003]维纶是聚乙烯醇缩醛纤维的商品名称，也叫维尼纶。其性能接近棉花，有“合成棉花”之称，是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。维纶的柔软及保暖性好，它的相对密度比棉花要小，因此与棉花相同重量的维纶能织出更多的衣料。它的热传导率低，因而保暖性好。维纶的耐磨性和强度也比棉花要好，因此维纶在很多方面可以与棉混纺以节省棉花。维纶主要用于制作外衣、棉毛衫裤、运动衫等针织物，还可用于帆布、渔网、外科手术缝线、自行车轮胎帘子线、过滤材料等。
[0004]用于可穿戴服装的电子导线，由于与身体长时间接触，安全问题一直存在风险，特别是含金属电子导电的应用，在人体汗液环境中，电子导线金属离子的溢出，对人体不利。本发明是在维纶表面被覆一层铥锰镍合金层，核心工艺是在铜锌复合催化活化下，在化学镀溶液中，稀土元素铥进入锰镍合金的晶格中，形成更加致密稳定的合金层，经180天模拟人体体液腐蚀测试，铥锰镍合金/维纶电子导线的金属离子溢出率小于百万分之一(Ippm)，说明该材料具有极高的生物环境可靠性;铥锰镍合金/维纶电子导线的电导率高于铜，达到8X107S/m以上，是目前所有导电维纶复合材料中最好的。综上所述，本发明提出的铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法具有突出的实质性特点和显著的进步，即具备创造性。
【发明内容】
[0005]本发明属于可穿戴电子领域，涉及一种铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法。该制备方法的步骤如下:
[0006]I)将维给纤维依次用重量百分比浓度为10 %的碳酸钾水溶液、5 %的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干；
[0007]2)将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维;其中改性剂溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为:3-巯基丙基三乙氧基硅烷浓度3?6g/L，甲基丙烯酸甲酯浓度9?12g/L，过氧化叔丁醇浓度I?3g/L，丙酮浓度100?200g/L。
[0008]3)将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，洗净，得活化维纶纤维;其中活化剂溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为:硫酸锌浓度20?30g/L，硫酸铜浓度20?30g/L，十二烷基硫酸钠浓度20?30g/L。
[0009]4)将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。其中铥锰镍化学镀溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为:硝酸铥浓度20?30g/L;硫酸镍浓度20?30g/L;硝酸锰浓度40?60g/L;碳酸氢钠浓度30?60g/L;十二烷基硫酸钠浓度60?90g/L; 二甲氨基硼烷浓度3?6g/L; 丁二酸浓度 6 ?9g/L。
[0010]5)铥锰镍合金/维纶电子导线测试表征。将铥锰镍合金/维纶电子导线置于模拟人体体液中，于37°C放置180天，取出，以能量弥散X射线探测器(EDX)测试电子导线的元素含量，计算铥、锰、镍离子的溢出率；以四探针测试仪测试电子导线的电导率。其中模拟人体体液各成分含量: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]铥锰镍合金/维纶电子导线可用于可穿戴服装，应用前景明朗，市场潜力巨大。
【具体实施方式】
[0012]下面通过实施例进一步描述本发明
[0013]实施例1
[0014]将维给纤维依次用重量百分比浓度为10%的碳酸钾水溶液、5 %的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干。
[0015]将3.5g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，9.5g甲基丙烯酸甲酯，2.5g过氧化叔丁醇溶于165g丙酮中，添加去离子水，配成体积为IL的改性剂溶液。
[0016]将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维。
[0017]将29.5g硫酸锌，21.5g硫酸铜，25.5g十二烷基硫酸钠溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的活化剂溶液。
[0018]将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，洗净，得活化维纶纤维。
[0019]将24.5g硝酸铥，25.5g硫酸镍，46.5g硝酸锰，57.5g碳酸氢钠，78.5g十二烷基硫酸钠，4.5g二甲氨基硼烷，8.5g丁二酸溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的铥锰镍化学镀溶液。
[0020]将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。
[0021]将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去离子水中，再稀释成体积为IL的模拟人体体液。
[0022]将铥锰镍合金/维纶电子导线置于模拟人体体液中，于37°C放置180天，取出，以能量弥散X射线探测器(EDX)测试电子导线的元素含量，计算铥、锰、镍离子的溢出率分别为0.35ppm、0.25ppm、0.15ppm;以四探针测试仪测试电子导线的电导率为8.5 X 107S/m。
[0023]实施例2
[0024]将维给纤维依次用重量百分比浓度为10%的碳酸钾水溶液、5 %的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干。
[0025]将4.4g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，10.3g甲基丙烯酸甲酯，2.2g过氧化叔丁醇溶于151g丙酮中，添加去离子水，配成体积为IL的改性剂溶液。
[0026]将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维。
[0027]将21.5g硫酸锌，22.7g硫酸铜，22.9g十二烷基硫酸钠溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的活化剂溶液。
[0028]将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，洗净，得活化维纶纤维。
[0029]将23.8g硝酸铥，24.9g硫酸镍，56.4g硝酸锰，58.2g碳酸氢钠，81.6g十二烷基硫酸钠，4.1g二甲氨基硼烷，6.9g丁二酸溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的铥锰镍化学镀溶液。
[0030]将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。
[0031]将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去离子水中，再稀释成体积为IL的模拟人体体液。
[0032]将铥锰镍合金/维纶电子导线置于模拟人体体液中，于37°C放置180天，取出，以能量弥散X射线探测器(EDX)测试电子导线的元素含量，计算铥、锰、镍离子的溢出率分别为0.13ppm、0.llppm、0.31ppm;以四探针测试仪测试电子导线的电导率为8.3X 107S/m。
[0033]实施例3
[0034]将维给纤维依次用重量百分比浓度为10%的碳酸钾水溶液、5 %的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干。
[0035]将6g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，12g甲基丙烯酸甲酯，3g过氧化叔丁醇溶于200g丙酮中，添加去离子水，配成体积为IL的改性剂溶液。
[0036]将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维。
[0037]将30g硫酸锌，30g硫酸铜，30g十二烧基硫酸钠溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的活化剂溶液。
[0038]将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，洗净，得活化维纶纤维。
[0039]将30g硝酸镑，30g硫酸镍，60g硝酸猛，60g碳酸氢钠，90g十二烧基硫酸钠，6g 二甲氨基硼烷，9g丁二酸溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的铥锰镍化学镀溶液。
[0040]将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。
[0041]将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去离子水中，再稀释成体积为IL的模拟人体体液。
[0042]将铥锰镍合金/维纶电子导线置于模拟人体体液中，于37°C放置180天，取出，以能量弥散X射线探测器(EDX)测试电子导线的元素含量，计算铥、锰、镍离子的溢出率分别为0.22ppm、0.31ppm、0.2Ippm;以四探针测试仪测试电子导线的电导率为8.5 X 107S/m。
[0043]实施例4
[0044]将维给纤维依次用重量百分比浓度为10%的碳酸钾水溶液、5 %的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干。
[0045]将3.4g 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，10.5g甲基丙烯酸甲酯，2.6g过氧化叔丁醇溶于172g丙酮中，添加去离子水，配成体积为IL的改性剂溶液。
[0046]将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维。
[0047]将25.2g硫酸锌，23.8g硫酸铜，22.2g十二烷基硫酸钠溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的活化剂溶液。
[0048]将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，洗净，得活化维纶纤维。
[0049]将21.1g硝酸铥，23.3g硫酸镍，45.5g硝酸锰，56.7g碳酸氢钠，71.9g十二烷基硫酸钠，5.1g二甲氨基硼烷，7.3g丁二酸溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的铥锰镍化学镀溶液。
[0050]将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。
[0051]将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去离子水中，再稀释成体积为IL的模拟人体体液。
[0052]将铥锰镍合金/维纶电子导线置于模拟人体体液中，于37°C放置180天，取出，以能量弥散X射线探测器(EDX)测试电子导线的元素含量，计算铥、锰、镍离子的溢出率分别为0.32ppm、0.1lppm、0.2Ippm;以四探针测试仪测试电子导线的电导率为8.1 X 107S/mo。
[0053]实施例5
[0054]将维给纤维依次用重量百分比浓度为10%的碳酸钾水溶液、5 %的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干。
[0055]将3g3-巯基丙基三乙氧基硅烷，9g甲基丙烯酸甲酯，Ig过氧化叔丁醇溶于10g丙酮中，添加去离子水，配成体积为IL的改性剂溶液。
[0056]将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维。
[0057]将20g硫酸锌，20g硫酸铜，20g十二烧基硫酸钠溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的活化剂溶液。
[0058]将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，洗净，得活化维纶纤维。
[0059]将20g硝酸铥，20g硫酸镍，40g硝酸锰，30g碳酸氢钠，60g十二烷基硫酸钠，3g 二甲氨基硼烷，6g丁二酸溶于500mL去离子水中，再稀释成体积为IL的铥锰镍化学镀溶液。
[0060]将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。
[0061]将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去离子水中，再稀释成体积为IL的模拟人体体液。
[0062]将铥锰镍合金/维纶电子导线置于模拟人体体液中，于37°C放置180天，取出，以能量弥散X射线探测器(EDX)测试电子导线的元素含量，计算铥、锰、镍离子的溢出率分别为
0.42ppm、0.llppm、0.16ppm;以四探针测试仪测试电子导线的电导率为8.2X 107S/m。
【主权项】
1.一种铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法，其特征在于: 1)将维给纤维依次用重量百分比浓度为10%的碳酸钾水溶液、5%的双氧水溶液、去离子水洗净、烘干； 2)将洗净的维纶纤维置于改性剂溶液中30分钟，取出，置于烘箱中于60°C干燥3小时，冷却至室温，得改性维纶纤维； 3)将改性维纶纤维置于活化剂溶液中30分钟，取出，用去离子水洗净，烘干，再置于重量百分比浓度为5%的硼氢化钾水溶液中10分钟，取出，用去离子水洗净，得活化维纶纤维； 4)将活化维纶纤维置于铥锰镍化学镀溶液中，于25°C化学镀3小时，取出洗净，烘干，得铥锰镍合金/维纶电子导线。2.如权利要求1所述的铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法，其特征在于所述的改性剂溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为: 3-巯基丙基三乙氧基硅烷浓度3?6 g/L; 甲基丙烯酸甲酯浓度9?12 g/L； 过氧化叔丁醇浓度I?3 g/L; 丙酮浓度100?200 g/L ο3.如权利要求1所述的铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法，其特征在于所述的活化剂溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为: 硫酸锌浓度20?30g/L; 硫酸铜浓度20?30g/L; 十二烷基硫酸钠浓度20?30g/L。4.如权利要求1所述的铥锰镍合金/维纶电子导线的制备方法，其特征在于所述的铥锰镍化学镀溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为: 硝酸铥浓度20?30g/L; 硫酸镍浓度20?30g/L; 硝酸锰浓度40?60g/L; 碳酸氢钠浓度30?60g/L; 十二烷基硫酸钠浓度60?90g/L; 二甲氨基硼烷浓度3?6g/L; 丁二酸浓度6?9g/L。
【文档编号】D06M11/83GK106087400SQ201610475040
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】蓝碧健
【申请人】太仓碧奇新材料研发有限公司