導電織物的導電性能測試方法探討

婁閣+劉瑋+管毅凡+奚圣捷

【摘 要】本文敘述了碳納米管導電織物的制作，分析了不同測試方法和測試環境對導電織物導電性能測試值的影響。建議在標準溫濕度條件下采用線測量法測試導電織物的電阻值。

【關鍵詞】導電織物；碳納米管；導電性能；測試方法

導電織物的應用相當廣泛：可用于防輻射的屏蔽工作服或屏蔽室專用屏蔽布；更可用作將應力、壓力、形變等物理現象轉變成為可以被直接觀測或可以被微機語言衡量的電子信號 [1]的軟性傳感器。柔性傳感器因其柔軟、易變性和舒適等特性，已成為智能紡織品相關領域的研究熱點。在導電織物的制作過程中以及在導電織物使用前，測試它的導電性能，了解它的導電特性以及導電織物的質量，是及其重要的工作。本文將研討測試導電織物導電性能的方法，為導電織物的產業化生產及在各個領域的應用打下基礎。

1.導電紡織品的制備

碳納米管具有高導電性的特點，把碳納米管固著在織物上可制得導電紡織品。本課題選用的織物是95%/5%棉氨針織物。

1.1 實驗

實驗原料：碳納米管分散液，中國科學院成都有機化學公司中科時代納米事業部生產，該碳納米管分散液濃度為9.2wt%，含固率為10.5wt%，分散劑TNWDIS含量為1.3wt%；純棉羅紋布；堿劑NaOH和NaSiO3。

實驗儀器：南通金石實驗儀器有限公司生產的SDZF-60型真空干燥箱；KEYSIGHT-34461A數字型萬用表；HHS6型數顯恒溫水浴鍋；燒杯、玻璃棒、量筒、玻璃培養皿、鑷子、尺子。

1.2 實驗步驟

（1）織物預處理：分別稱取9.1g的NaOH和0.9g的NaSiO3至于燒杯中，加入500ml的蒸餾水，加熱至100℃后放入針織物，兩個小時后取出原布，清洗直至中性。再將織物放入SDZF-60型真空烘箱，以100℃烘干織物。

（2）稱取100g的碳納米管分散液，量取265ml的蒸餾水，倒入燒杯中混合，攪拌均勻而成3wt%的碳納米管溶液。

（3）將三塊針織物平整的放入燒杯中，30min后用鑷子取出，平鋪于玻璃培養皿中，放入100℃的烘箱中，直至布樣烘干后取出。

2.導電機織物結構與特點分析

導電織物與一般金屬導電材料不同，金屬材料內部結構原子緊密均勻排列，因而導電性能穩定，其電阻的計算公式為R=ρ L/S，其中R為電阻，S為橫截面積，L為長度，ρ為電阻率。所以在假設橫截面積以及電阻率不變的情況下，長度是影響電阻的重要因素。而導電織物的導電性能與金屬有很大不同，本文制備導電織物時采用了針織物。由于針織物內部紗線不勻、織物密度差異等問題，（見圖1），其導電性能的穩定性存在較大差異。

3.測試方法和測試條件對測得的電阻值的影響

3.1導電測試夾持方法對電阻值的影響

用萬用表對制備的導電織物測試電阻值，以了解其導電性能。采用點和線二種測試方法，點測試法是指用萬用表的表筆進行測量，如圖3中把表筆的筆頭分別置于Aa或Bb或Cc二點之間測試導電織物的電阻。線測量則用銅線等導電性能良好的材料固定在待測織物二段，用萬用表測試同線Ab二端的電阻值。見圖1。

實驗用導電織物的試樣長度分別為1cm、3cm、6cm、9cm四種。測得的數據如表1所示。

表1中，括號內的數據是用萬用表筆頭在三處測到的電阻值的平均數。從表1可見，點測量法得到的電阻值在不同的測試點有一定的波動，電阻值的大小容易受到導電布中紗線粗細節、織物密度不穩定等因素的影響。而用線測量時，接觸導電織物的面積比點測量時的接觸面積大，測到的是導電布二端線與線之間的電阻值，電阻值較穩定，接近于點測量的電阻值的平均數。能反映整塊導電織物的導電性能，因此，對于導電布電阻值的測試，建議采用線測量法。

3.2溫度濕度對導電織物電阻值的影響

取三塊3×13cm的導電織物試樣，在室溫25℃時測得它們的電阻值，然后將它們放入烘箱中焙烘，溫度分別設定為50℃、100℃、150℃，取出后立即測量其電阻值，測量方法為線測量，測試的試樣間距為2cm。數據見表2。

從表2可見，三塊導電織物的電阻值的變化規律基本相同，電阻值在25℃到100℃之間隨著溫度的升高，電阻值下降。且溫度達到150℃時，導電布的電阻值出現顯著下降，三塊導電布在的電阻值150℃時的平均值比在溫度100℃時下降了62%，由此可知，導電織物的導電性能隨著在烘干過程中水分的蒸發而變好。

4.結論

采用碳納米管固著在織物上的方法制作的導電織物，由于織物結構以及紗線不勻等因素的影響，在相同測試距離，不同的測試點之間，導電織物的電阻值存在著較大的差異，為了全面正確的反映導電織物的導電性能，對導電織物電阻值的測試應該采用線測量法。對導電織物在不同的溫濕度環境下進行了測量，發現其電阻值隨溫度的升高而降低。因此，測試導電織物的導電性能應在標準溫濕度條件下進行。且在高溫高濕環境下使用導電織物時，要測試該環境下的導電性能，以免造成不良后果。

參考文獻：

[1]劉敏.智能型柔性傳感器的導電性與響應性能研究[D]，東華大學，2009.

[2]Pumera M.Graphene. Based nanomaterials and their electrochemistry[J].Chemsocrev，2010，10（11）：4146-4157.endprint