Effect of MWCNT content on the mechanical and strain-sensing performance of Thermoplastic Polyurethane composite fibers

热塑性聚氨酯 材料科学 复合材料 标度系数 复合数 碳纳米管 极限抗拉强度 纤维 聚氨酯 纺纱 应变计 模数 导电体 延伸率 弹性体 制作 病理 替代医学 医学
作者
Zuoli He,Joon‐Hyung Byun,Gengheng Zhou,Byeongjin Park,Taehoon Kim,Sang‐Bok Lee,Jin Woo Yi,Moon‐Kwang Um,Tsu−Wei Chou
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:146: 701-708 被引量:111
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2019.02.060
摘要

Stretchable conductive fibers have attracted significant attention due to their ability to be directly woven into or stitched onto fabrics, making them ideal for use in the design of integrated wearable strain sensors. Here, we report on a highly stretchable multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/Thermoplastic Polyurethane (TPU) fiber produced via a wet spinning process. The effects of MWCNT content and alignment on the structural, mechanical, electrical and strain-sensing properties of the composite fibers were investigated. The highest conductivity (6.77 S cm−1), tensile strength (28 MPa) and maximum elongation at break (565%) were obtained by controlling the MWCNT content. Gauge factor (GF) values were also affected by the content and MWCNT alignment in the composite fibers, as these parameters determine the change in the effective contact area and number of conductive paths available during stretching. The well-aligned MWCNT/TPU fiber showed a high GF value of 5200. Wearable strain sensors capable of obtaining real-time mechanical feedback for various human motion detections with different GFs and working strain ranges could be realized by controlling the MWCNT concentrations in the TPU matrix.
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