导电织物的导电性能测试方法探讨

娄 阁 刘 玮 管毅凡 奚圣捷/上海工程技术大学服装学院

导电织物的导电性能测试方法探讨

娄 阁 刘 玮 管毅凡 奚圣捷/上海工程技术大学服装学院

本文叙述了碳纳米管导电织物的制作，分析了不同测试方法和测试环境对导电织物导电性能测试值的影响。建议在标准温湿度条件下采用线测量法测试导电织物的电阻值。

导电织物；碳纳米管；导电性能；测试方法

导电织物的应用相当广泛：可用于防辐射的屏蔽工作服或屏蔽室专用屏蔽布；更可用作将应力、压力、形变等物理现象转变成为可以被直接观测或可以被微机语言衡量的电子信号[1]的软性传感器。柔性传感器因其柔软、易变性和舒适等特性，已成为智能纺织品相关领域的研究热点。在导电织物的制作过程中以及在导电织物使用前，测试它的导电性能，了解它的导电特性以及导电织物的质量，是及其重要的工作。本文将研讨测试导电织物导电性能的方法，为导电织物的产业化生产及在各个领域的应用打下基础。

1.导电纺织品的制备

碳纳米管具有高导电性的特点，把碳纳米管固着在织物上可制得导电纺织品。本课题选用的织物是95%/5%棉氨针织物。

1.1 实验

实验原料：碳纳米管分散液，中国科学院成都有机化学公司中科时代纳米事业部生产，该碳纳米管分散液浓度为9.2wt%，含固率为10.5wt%，分散剂TNWDIS含量为1.3wt%；纯棉罗纹布；碱剂NaOH和NaSiO3。

实验仪器：南通金石实验仪器有限公司生产的SDZF-60型真空干燥箱；KEYSIGHT-34461A数字型万用表；HHS6型数显恒温水浴锅；烧杯、玻璃棒、量筒、玻璃培养皿、镊子、尺子。

1.2 实验步骤

（1）织物预处理：分别称取9.1g的NaOH和0.9g的NaSiO3至于烧杯中，加入500ml的蒸馏水，加热至100℃后放入针织物，两个小时后取出原布，清洗直至中性。再将织物放入SDZF-60型真空烘箱，以100℃烘干织物。

（2）称取100g的碳纳米管分散液，量取265ml的蒸馏水，倒入烧杯中混合，搅拌均匀而成3wt%的碳纳米管溶液。

（3）将三块针织物平整的放入烧杯中，30min后用镊子取出，平铺于玻璃培养皿中，放入100℃的烘箱中，直至布样烘干后取出。

2.导电机织物结构与特点分析

导电织物与一般金属导电材料不同，金属材料内部结构原子紧密均匀排列，因而导电性能稳定，其电阻的计算公式为R=ρ L/S，其中R为电阻，S为横截面积，L为长度，ρ为电阻率。所以在假设横截面积以及电阻率不变的情况下，长度是影响电阻的重要因素。而导电织物的导电性能与金属有很大不同，本文制备导电织物时采用了针织物。由于针织物内部纱线不匀、织物密度差异等问题，（见图1），其导电性能的稳定性存在较大差异。

3.测试方法和测试条件对测得的电阻值的影响

3.1 导电测试夹持方法对电阻值的影响

用万用表对制备的导电织物测试电阻值，以了解其导电性能。采用点和线二种测试方法，点测试法是指用万用表的表笔进行测量，如图3中把表笔的笔头分别置于Aa或Bb或Cc二点之间测试导电织物的电阻。线测量则用铜线等导电性能良好的材料固定在待测织物二段，用万用表测试同线Ab二端的电阻值。见图1。

图1 导电布的测试方法

实验用导电织物的试样长度分别为1cm、3cm、6cm、9cm四种。测得的数据如表1所示。

表1 不同测试方法测得的电阻值

表1中，括号内的数据是用万用表笔头在三处测到的电阻值的平均数。从表1可见，点测量法得到的电阻值在不同的测试点有一定的波动，电阻值的大小容易受到导电布中纱线粗细节、织物密度不稳定等因素的影响。而用线测量时，接触导电织物的面积比点测量时的接触面积大，测到的是导电布二端线与线之间的电阻值，电阻值较稳定，接近于点测量的电阻值的平均数。能反映整块导电织物的导电性能，因此，对于导电布电阻值的测试，建议采用线测量法。

3.2 温度湿度对导电织物电阻值的影响

取三块3×13cm的导电织物试样，在室温25℃时测得它们的电阻值，然后将它们放入烘箱中焙烘，温度分别设定为50℃、100℃、150℃，取出后立即测量其电阻值，测量方法为线测量，测试的试样间距为2cm。数据见表2。

表2 不同温度下导电织物的电阻值/ KΩ

从表2可见，三块导电织物的电阻值的变化规律基本相同，电阻值在25℃到100℃之间随着温度的升高，电阻值下降。且温度达到150℃时，导电布的电阻值出现显著下降，三块导电布在的电阻值150℃时的平均值比在温度100℃时下降了62%，由此可知，导电织物的导电性能随着在烘干过程中水分的蒸发而变好。

4.结论

采用碳纳米管固着在织物上的方法制作的导电织物，由于织物结构以及纱线不匀等因素的影响，在相同测试距离，不同的测试点之间，导电织物的电阻值存在着较大的差异，为了全面正确的反映导电织物的导电性能，对导电织物电阻值的测试应该采用线测量法。对导电织物在不同的温湿度环境下进行了测量，发现其电阻值随温度的升高而降低。因此，测试导电织物的导电性能应在标准温湿度条件下进行。且在高温高湿环境下使用导电织物时，要测试该环境下的导电性能，以免造成不良后果。

[1]刘敏.智能型柔性传感器的导电性与响应性能研究[D],东华大学,2009.

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