細(xì)菌纖維素納米纖維膜及纖維的制備與性能

陳欽欽,徐兆梅,馬廷方,付飛亞,劉向東

(1.浙江理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,杭州 310018; 2.杭州萬事利絲綢數(shù)碼印花有限公司,杭州 310020)

細(xì)菌纖維素(Bacterial cellulose,BC)作為一種天然納米纖維聚合物,BC具有熱膨脹系數(shù)低、高含水量和強(qiáng)韌的拉伸能力、高縱橫比、高孔隙率、高表面積(37 m2/g)。與植物纖維素相比,BC納米纖維編織的3D網(wǎng)絡(luò)可以增加表面積與體積比,從而可以與周圍組件進(jìn)行更強(qiáng)的相互作用[3],目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)療抗菌、組織工程、紙張和紡織化工等領(lǐng)域中[4]。在對(duì)BC結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行深入探究的同時(shí),BC的某些缺點(diǎn)也隨之暴露出來,例如:BC分子內(nèi)和分子間氫鍵強(qiáng)烈的相互作用,使其具有高度結(jié)晶性,難溶于一般有機(jī)溶劑,對(duì)多功能材料的制備和應(yīng)用起到一定的阻礙作用;BC的存在形式較為單一,多為薄膜[5]。雖然BC具有優(yōu)異的力學(xué)性能,但干燥后的BC薄膜力學(xué)性能遠(yuǎn)低于單根納米纖維,需要對(duì)其進(jìn)行改性以適應(yīng)人類的需求。

通過采用合適的溶劑對(duì)BC進(jìn)行溶解,有利于破壞其分子內(nèi)和分子間氫鍵,提高加工利用效果。目前已經(jīng)被廣泛使用的溶劑主要有N-甲基嗎啉N-氧化物(NMMO)水合物[9]、NaOH/尿素水溶液[10]和LiCl/N,N-二甲基乙酰胺[11],但這些方法制得的BC材料結(jié)晶度均較低,導(dǎo)致機(jī)械性能也較差。而N-甲基吡咯烷酮(NMP)是一種通過解離氫鍵來分散BC的良好溶劑,可以使BC纖維鏈易于滑動(dòng)并對(duì)齊,從而獲得具有強(qiáng)機(jī)械性能的BC材料[12]。

自上而下的策略是制備高性能纖維素薄膜的一種簡單、高效且環(huán)保的途徑。Huang等[13]將生物被膜纖維素進(jìn)行逐層熱壓制得多層被膜纖維素薄膜,對(duì)其熱壓干燥得到單層被膜纖維素薄膜,其具有優(yōu)異的力學(xué)性能(140.3 MPa);Zhu等[14]采用自上而下法從各向異性的木材中制得各向同性的透明紙,其透光率高達(dá)90%。同樣地,該方法也可用于剝離制備石墨烯材料,如Novoselov等[15]采用自上而下法使用透明膠帶反復(fù)剝離熱解石墨,最終得到了單層石墨烯[16]。目前,系統(tǒng)研究自上而下法機(jī)械剝離BC制備納米纖維膜(Nanofiber membrane,NFM)的工作尚未有報(bào)道。

本文首先采用簡單的溶劑置換與熱壓干燥法制備了BC干燥薄膜(簡稱干膜),結(jié)合自上而下的機(jī)械剝離法,實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度BC-NFM的制備。通過進(jìn)一步加捻BC-NFM,制得BC纖維;在加捻前引入CNT制得BC/CNT導(dǎo)電纖維。通過掃描電鏡、X射線衍射儀和紅外光譜儀等設(shè)備表征BC干膜、NFM和BC纖維的形態(tài)與結(jié)構(gòu),并通過萬能材料試驗(yàn)機(jī)和熱重分析儀等設(shè)備分析BC干膜與NFM的物化性能。該制備方法操作簡單,所得的復(fù)合纖維材料可為智能可穿戴設(shè)備的研究提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

BC水凝膠片(32 cm×26 cm×0.3 cm),桂林奇宏科技有限公司;氫氧化鈉(NaOH,AR)、N-甲基吡咯烷酮(NMP,98%)和十二烷基苯磺酸鈉(C18H29NaO3S,95%),上海阿拉丁試劑有限公司;多壁碳納米管(MWCNT,95%),深圳市穗恒科技有限公司;透明膠帶,得力集團(tuán)有限公司;去離子水,實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 BC水凝膠片的預(yù)處理

首先將BC水凝膠片用0.1 mol/L NaOH水溶液煮沸1 h,再用去離子水洗至中性,然后將純化的BC水凝膠片在NMP溶劑中浸泡24 h,取出一片浸泡后的BC水凝膠片放置于兩塊鐵板之間,將鐵板放置于熱壓機(jī)中,在60 ℃、20 MPa的條件下熱壓4 h得到BC干膜。

1.2.2 BC-NFMs的制備

首先,將熱壓所得的BC干膜粘在膠帶的一端,然后拉動(dòng)干膜以獲得NFM,在同一張BC干膜上重復(fù)進(jìn)行機(jī)械剝離,將易得到的NFM分別表示為1st-NFM、2nd-NFM和3rd-NFM,以示區(qū)別,將未剝離的BC干膜表示為BC membrane。

1.2.3 BC纖維的制備

將得到的BC干膜和NFMs分別浸泡在去離子水中24 h,加捻所得濕膜,得到的BC纖維分別命名為BC membrane-fiber、1st-NFM-fiber、2nd-NFM-fiber和3rd-NFM-fiber。BC干膜加捻纖維與納米纖維膜加捻纖維的捻數(shù)分別為10 t/cm和25 t/cm,方向?yàn)镾捻。

1.2.4 BC功能纖維的制備

將1 g十二烷基苯磺酸鈉溶解于244 g去離子水中,加入5 g多壁碳納米管(MWCNT),攪拌使MWCNT充分潤濕。以此為基礎(chǔ),開展超聲,超聲時(shí)分散液會(huì)發(fā)熱、起泡,每超聲10 min后,取分散液靜置于冰水中降溫消泡,更換水浴后繼續(xù)超聲,整個(gè)過程持續(xù)1～2 h,直至觀察到MWCNT在水中均勻分散開而無顆粒。然后將分散好的MWCNT水溶液在60 ℃下加熱并攪拌1 h,再將NFM(此處以1st-NFM為例)浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的MWCNT溶液中,超聲處理10 min,然后加捻。捻數(shù)為25 t/cm,加捻方向?yàn)镾捻。BC/MWCNT纖維在45 ℃干燥 2 h 后得到。

1.3 測試與表征

在X射線衍射儀(丹東方圓儀器有限公司,DX-2700,中國)上以反射模式對(duì)樣品進(jìn)行測試。2θ范圍為5°至40°,速度為10 (°)/min,結(jié)晶度CI按式(1)計(jì)算:

(1)

式中:I200是結(jié)晶峰的最大強(qiáng)度(2θ=22.8°),Iam是非結(jié)晶峰的最大強(qiáng)度(2θ=17.8°)。

在雙光束紫外-可見分光光度計(jì)上測量樣品的固態(tài)紫外-可見漫反射光譜,波長范圍為400～800 nm,分辨率為1 nm。SEM圖像由場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM,Ultra 55,Zeiss,德國)來拍攝。熱重分析(TGA)在TGA/DSC-2(Mettler-Toledo,瑞士)上進(jìn)行,加熱速度為10 ℃/min,溫度范圍從30～800 ℃,氮?dú)饬髁繛?0 mL/min。樣品的拉伸試驗(yàn)是在萬能材料試驗(yàn)機(jī)(5943,INSTRON,美國)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的。使用FTIR光譜儀(Nicolet iS50,Thermo Electron,美國)對(duì)樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,掃描范圍為 500～4000 cm-1,測試方法為ATR法。采用小角X射線散射儀(SAXS,Xeuss 3.0,Xenocs SAS,法國)對(duì)幾組樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析,其銅靶光管功率為30 W,焦斑直徑為30 μm;樣品處最大光通量為4.5×108phs/s;探測器Eiger2R 1M,單個(gè)像素大小75 μm;獲取的q范圍(標(biāo)準(zhǔn)品理論值):2θmin≤0.013°,qmin≤0.012 nm-1,2θmax≥75°,qmax≥49 nm-1。吸水率是通過重量分析進(jìn)行的,將制備好的BC干膜和NFMs在室溫下浸泡于水中24 h,然后擦去表面的殘留水,進(jìn)行重量測量,每組樣品重復(fù)3次取平均值。

1.4 BC/CNT纖維作為監(jiān)測人類運(yùn)動(dòng)的多功能傳感器

利用便攜式精密電阻/電容量測設(shè)備(摯盒01RC,蘇州瓜瓦科技有限公司)連接電腦,測試BC/CNT纖維的彎曲應(yīng)變傳感性能。將BC/CNT纖維分別附著在志愿者的手指和頸部,BC/CNT試樣的測試長度為3.0 cm,監(jiān)測手指與頸部的輕微運(yùn)動(dòng)變化(包括手指彎曲、手腕彎曲、手指接觸和吞咽動(dòng)作),通過電腦實(shí)時(shí)記錄纖維的相對(duì)電阻變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 BC-NFMs的制備及其形貌分析

圖1為NFM的制備示意圖,首先通過將BC水凝膠片浸泡在NMP中24 h,BC網(wǎng)絡(luò)中的水分子被NMP取代,水和BC中的納米纖維間的氫鍵被削弱,而在BC和NMP之間形成了新的氫鍵。進(jìn)一步,經(jīng)過熱壓干燥,得到BC干膜,將其粘在膠帶上可實(shí)現(xiàn)機(jī)械逐層剝離,以同一片BC干膜上機(jī)械逐層剝離所得的三層NFM為例展開研究。

圖1 機(jī)械逐層剝離制備NFM示意及機(jī)理Fig.1 Schematic diagram and mechanism of NFM preparation by mechanical layer-by-layer peeling

圖2為BC干膜與NFMs的表面與橫截面SEM圖。如圖2(a1)—(a4)所示,BC干膜與NFMs都具有層次結(jié)構(gòu),有從宏觀到微觀的不同大小的孔隙。原始BC干膜具有隨機(jī)分布的有著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米纖維,表現(xiàn)出均勻致密的形貌,因?yàn)闊釅哼^程中水分的緩慢蒸發(fā)導(dǎo)致BC納米纖維的重新組裝和致密結(jié)構(gòu)的形成。隨著機(jī)械剝離步驟的進(jìn)行,NFMs表面的納米纖維結(jié)構(gòu)逐漸變得分散,從1st-NFM,2nd-NFM到3rd-NFM,NFM的表面無序的納米纖維數(shù)增多,表明利用NMP的溶劑置換反應(yīng)影響B(tài)C的自身結(jié)構(gòu),同時(shí)由圖2(b1)—(b4)可以看出,NFM的橫截面從緊密變?yōu)榱朔謱咏Y(jié)構(gòu),且層數(shù)隨著機(jī)械剝離次數(shù)(1st、2nd、3rd)的增加而增多,層與層之間距離變得越來越大,結(jié)構(gòu)變得松散,證明了機(jī)械剝離可以實(shí)現(xiàn)對(duì)BC干膜分層結(jié)構(gòu)的控制并且破壞了BC納米纖維間的氫鍵。文獻(xiàn)表明氫鍵網(wǎng)絡(luò)是對(duì)纖維素的物理特性和鏈結(jié)構(gòu)影響最大的因素[17]。本工作使用NMP削弱溶劑與BC納米纖維之間氫鍵,氫鍵的明顯減少使得納米纖維更容易分離,BC的分子間和分子內(nèi)氫鍵的減弱,促進(jìn)了BC的機(jī)械剝離,進(jìn)而導(dǎo)致NFMs表面有微纖絲的出現(xiàn)。

圖2 BC干膜與NFMs表面及橫截面SEM圖Fig.2 SEM images of surface and cross section of BC membrane and NFM

2.2 BC干膜與NFM結(jié)構(gòu)分析

圖3 BC干膜與NFMs的XRD譜圖Fig.3 XRD spectra of the BC membrane and NFMs

圖4為BC干膜與NFMs的小角X射線散射(SAXS)圖。所有樣品的SAXS譜圖均具有明顯的環(huán)形衍射圖案,表明針狀空隙或纖維結(jié)構(gòu)平行于纖維方向排列,結(jié)晶和非晶區(qū)存在周期性層狀排列。大多數(shù)纖維素分子鏈在納米纖維素膜內(nèi)顯示出首選的排列,這得到了X射線衍射(XRD)分析的支持,并以小角散射圖案顯示,它顯示了散射強(qiáng)度的高度各向異性分布。隨著機(jī)械剝離次數(shù)的增加,垂直極軸附近的弧線變得越來越亮,表明纖維素納米纖維的排列量增加[24]。與此同時(shí)可以觀察到,與圖4(a)的BC干膜相比,圖4(b)—(d)中弧線半徑變小,且3rd-NFM的SAXS譜圖中經(jīng)線方向峰值最小,可能是由于剝離過程中氫鍵的斷裂,導(dǎo)致無序性上升。

表1 BC干膜與NFMs的結(jié)晶度Tab.1 Crystallinity of the BC membrane and NFMs

圖4 BC干膜與NFMs的SAXS圖Fig.4 SAXS diagram of the BC membrane and NFMs

圖5為BC干膜與NFMs的FTIR譜圖。4種BC樣品的FTIR光譜顯示在3200～3500 cm-1的峰對(duì)應(yīng)于NMP與BC之間形成的氫鍵。898 cm-1處的吸收峰表明了糖苷鍵的存在[25]。1059 cm-1的峰是由C—O拉伸振動(dòng)引起的;1640 cm-1的吸收峰由細(xì)菌纖維素O—H鍵的彎曲振動(dòng)引起;2919 cm-1的吸收峰由CH2—CH的拉伸振動(dòng)產(chǎn)生[28]。在BC干膜中,譜圖中1640 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度明顯大于經(jīng)過機(jī)械剝離的1st-NFM、2nd-NFM和3rd-NFM,且隨著剝離次數(shù)的增加,強(qiáng)度減弱更為明顯,可能是由于NMP具有很強(qiáng)的親水性,在水中的溶解度很大,可與水形成氫鍵。在溶劑置換過程中,隨著含水率的下降,峰值降低,水的拉伸模式減弱[29]。分析原因可能是由于NMP能夠斷裂細(xì)菌纖維素分子間的氫鍵,并與纖維素分子中的羥基形成強(qiáng)的氫鍵,從而導(dǎo)致BC機(jī)械剝離過程中氫鍵的斷裂[30]。

圖5 BC干膜與NFMs的FTIR譜圖Fig.5 FTIR spectrum of the BC membrane and NFMs

纖維素膜的透光率與物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖6使用固態(tài)UV-Vis漫反射光譜對(duì)BC干膜與NFMs在可見光范圍內(nèi)的透明度進(jìn)行了量化。從圖6中能夠看出,BC干膜的透光率最低,在400～800 nm范圍內(nèi),透光率為16%。當(dāng)其經(jīng)過機(jī)械剝離后,NFM的透光率增加,其中1st-NFM、2nd-NFM和3rd-NFM在400～800 nm的透光率可分別達(dá)到19%、21%和23%。NFM透光率均比BC干膜高,其主要原因前者納米纖維間形成的孔徑比后者大。透光率與樣品厚度、密度也有一定的聯(lián)系,隨著厚度的下降,密度的降低,增加了單位面積光的透過率,透光率會(huì)逐漸上升[31]。同時(shí),也證明了機(jī)械逐層剝離可以有效提升NFM的透光度。

圖6 BC干膜與NFMs的透光率Fig.6 Transmittance of the BC membrane and NFMs

液體吸收能力對(duì)于NFM性能評(píng)估十分重要。圖7為BC干膜與NFM的吸水性能表征,由圖7可得,BC干膜的吸水率僅為939%,而1st-NFM、2nd-NFM、3rd-NFM的吸水率分別可達(dá)到1240%、1985%和2284%,這一現(xiàn)象與他們的SEM圖像所描述的微觀結(jié)構(gòu)一致,結(jié)構(gòu)越松散,吸水能力就越強(qiáng)。3rd-NFM具有優(yōu)異的水結(jié)合能力,吸水率為BC干膜的2.4倍,其在24 h內(nèi)至少可以容納其自身重量的22倍的水。BC干膜的機(jī)械逐層剝離過程導(dǎo)致NFM吸水能力的增加。NFM的高吸水能力對(duì)于傷口敷料在急性創(chuàng)傷時(shí)吸收血液和組織液具有重要意義,有助于BC在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖7 BC干膜與NFMs的吸水率Fig.7 Water absorption rate of the BC membrane and NFMs

圖8為BC干膜與NFMs的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。BC干膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為29.0 MPa和2.9%,NFM的力學(xué)性能明顯提升,1st-NFM和2nd-NFM的拉伸強(qiáng)度分別為152.5 MPa、153.7 MPa,斷裂伸長率分別為4.8%、3.7%。而3rd-NFM的拉伸強(qiáng)度為338.0 MPa,斷裂伸長率為4.9%,其拉伸強(qiáng)度是BC干膜的11.7倍。3rd-NFM樣品中的納米纖維缺乏氫鍵,由于氫鍵的減弱,加上納米纖維較少,導(dǎo)致糾纏點(diǎn)較少,使得BC納米纖維更容易定向拉伸,從而產(chǎn)生高強(qiáng)度[32];同時(shí)也使納米纖維更容易沿應(yīng)變方向相互滑過,導(dǎo)致更有彈性的行為,從而賦予了3rd-NFM高拉伸強(qiáng)度和高斷裂伸長率。從上述結(jié)果可以觀察到,隨著機(jī)械剝離次數(shù)的增加,NFM的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出逐層增加的趨勢,該現(xiàn)象應(yīng)歸因于BC自身具有較高的強(qiáng)度,除此之外,經(jīng)熱壓處理制成的BC干膜形成了更多氫鍵,使其機(jī)械強(qiáng)度大幅提高?；谏鲜霈F(xiàn)象,可以說明是溶劑NMP和剝離次數(shù)的協(xié)同作用對(duì)BC微纖維的機(jī)械性能造成了影響。

圖8 BC干膜與NFMs的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.8 Stress-strain curves of the BC membrane and NFMs

圖9(a)為BC干膜與NFMs的TGA曲線,所有膜的熱降解可以根據(jù)重量損失分為3個(gè)階段的分解:第一階段(40～240 ℃)是由水蒸發(fā)引起的;第二階段(240～350 ℃)涉及BC的分解;第三階段(350～800 ℃)是由殘余鏈的分解引起的。BC這種原材料的結(jié)構(gòu)保持了其結(jié)構(gòu)的完整性,使得BC干膜與NFM的熱重曲線出現(xiàn)微小變化。圖9(b)是BC干膜與NFM的DTG曲線,分析得到NFM最大分解溫度出現(xiàn)在333.7～339.5 ℃之間,而BC干膜的最大分解溫度為359.7 ℃,機(jī)械剝離明顯降低了納米纖維膜的主失重峰溫度。主失重峰主要是由于纖維素的降解過程,如解聚、脫水和葡糖基單元的分解,然后形成炭化的殘余物。樣品重量的急劇下降可以歸因于NMP的預(yù)處理破壞了BC的分子間和分子內(nèi)氫鍵。

圖9 BC干膜與NFMs的TG和DTG曲線Fig.9 TG and DTG curves of the BC membrane and NFMs

2.3 BC纖維形貌分析

圖10為BC纖維的表面SEM圖。圖10(a1)和(a2)—(a4)分別為加捻BC干膜和NFM得到的纖維的表面低倍SEM圖像。從圖10中可得,BC membrane-fiber的直徑遠(yuǎn)大于1st-NFM-fiber、2nd-NFM-fiber和3rd-NFM-fiber,表明機(jī)械逐層剝離可以有效降低NFM-fiber的直徑。在所有纖維中,3rd-NFM-fiber的纖維表面是最光滑的,結(jié)構(gòu)也最緊密。而BC干膜加捻而成的纖維表面與NFM-fibers相比更為粗糙,歸因于BC干膜厚度較大,其在加捻的過程中纖維素層與層之間過于堆積,從而使層與層之間界面作用變?nèi)?導(dǎo)致纖維表面存在許多孔隙。圖10(b1)—(b4)為高倍率下4種纖維的表面SEM圖,可以看出,加捻工藝增強(qiáng)了纖維素鏈之間的取向排列[35]。

圖10 BC纖維的表面低倍與高倍SEM圖Fig.10 SEM images of the surfaces of the BC membrane-fiber and NFM-fiber in low magnification and high magnification

2.4 BC/CNT纖維導(dǎo)電性能研究

通過在加捻前將CNT引入NFM中可制得BC/CNT纖維,圖11為BC/CNT纖維作為監(jiān)測人類運(yùn)動(dòng)的應(yīng)變傳感器。如圖11(a)所示,長為3.0 cm的一根BC/CNT纖維附著在伸直的手指附近來充當(dāng)現(xiàn)場傳感器,從而檢測手指彎曲又伸直的輕微運(yùn)動(dòng)變化。很明顯,BC/CNT傳感器的電阻響應(yīng)在連續(xù)的彎曲運(yùn)動(dòng)和伸直運(yùn)動(dòng)中顯示可重復(fù)的趨勢,其中彎曲過程中電阻變化增加(0～1.5%),隨著手指伸直電阻變化降低(1.5%至0左右),實(shí)現(xiàn)了對(duì)手指的小運(yùn)動(dòng)的有效監(jiān)測。在圖11(b)中,當(dāng)志愿者將手勢從懸空轉(zhuǎn)為接觸時(shí),電阻變化增加(0～2.0%),而由接觸狀態(tài)變?yōu)閼铱諘r(shí)電阻變化降低(2.0%至0左右)。同樣的,從圖11(c)中可以看出BC/CNT纖維還可用來監(jiān)測手腕的微小運(yùn)動(dòng)變化。此外,該BC/CNT傳感器連接在志愿者的脖子上的喉嚨處監(jiān)測吞咽活動(dòng),如圖11(d)所示,傳感器依舊顯示出連續(xù)可重復(fù)的趨勢。傳感器電信號(hào)隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變瞬時(shí)變化,瞬時(shí)電阻響應(yīng)拓寬了BC/CNT纖維在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖11 BC/CNT纖維作為監(jiān)測人類運(yùn)動(dòng)的多功能傳感器Fig.11 BC/CNT fiber as a multifunctional sensor for monitoring human movement

3 結(jié) 論

本文采用溶劑置換和熱壓干燥的方式對(duì)BC干膜進(jìn)行處理,結(jié)合自上而下的機(jī)械剝離法成功制備了不同厚度的NFM;進(jìn)一步將BC干膜與NFM進(jìn)行加捻,制得BC纖維。加捻前復(fù)合CNT可制得導(dǎo)電纖維。通過表征分析BC干膜、NFM和BC纖維的結(jié)構(gòu)特征,并且進(jìn)行了拉伸性能、熱穩(wěn)定性與吸水率等測試,主要結(jié)論如下:

a) SEM圖像顯示原始BC干膜表面納米纖維呈隨機(jī)分布,NFM表面的納米纖維結(jié)構(gòu)相較BC干膜變得分散且伴隨有微纖絲的出現(xiàn),從1st-NFM,2st-NFM到3rd-NFM,BC-NFM的表面無序的納米纖維數(shù)越來越多,證明機(jī)械剝離破壞了BC內(nèi)部的氫鍵。

b) 通過機(jī)械剝離BC干膜可以得到三層厚度為5.0～8.0 μm的NFM,其中3rd-NFM厚度為 5.0 μm,厚度相對(duì)1st-NFM和2nd-NFM分別降低了3.0、1.5 μm。

c) 3rd-NFM具有優(yōu)異的力學(xué)性能,拉伸應(yīng)力可達(dá)338.0 MPa,為BC干膜的11.7倍;3rd-NFM的吸水率高達(dá)2284%,為BC干膜的2.4倍;機(jī)械剝離所得NFM均具有良好的熱穩(wěn)定性。

d) 經(jīng)復(fù)合與加捻方式制備的BC/CNT纖維,具有較好應(yīng)變傳感性能,可有效監(jiān)測手指彎曲、手腕彎曲、手指接觸和吞咽的微小運(yùn)動(dòng)變化,且相對(duì)電阻變化范圍在0～2%之間,為未來應(yīng)用于可穿戴設(shè)備提供了無限可能。