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碳纳米管（Carbon Nanotube,CNT）具有高强高模、导电性和传感性能优异等特点，可与纺织品结合，应用于智能可穿戴领域。然而，纳米尺度的CNT容易发生团聚，其优异性能无法被充分利用，在实际应用中需要将CNT组装成可控的宏观形态。本课题以CNT含量很高的致密碳纳米管薄膜为原料，将其剪裁后加捻，制成碳纳米管纱线。将碳纳米管膜与环氧树脂（Epoxy）复合后，制备得到碳纳米管/环氧树脂膜卷复合纱。采用酸处理改性碳纳米管膜表面，增强其与环氧树脂间的界面粘合作用，从而获得高强、高应变传感的碳纳米管/环氧树脂膜卷复合纱,并研究了其在柔性导电和传感材料领域的应用。
首先，本课题探究了捻度对碳纳米管膜卷纱结构的影响，随着捻度从600r/m提高至1500r/m，CNT膜卷纱的强度和模量分别从68.16MPa和0.5GPa提高至127.5MPa和1.28GPa，分别增长了90%和156%。在此基础上探究了碳纳米管/环氧树脂膜卷复合纱的最佳工艺参数，当环氧树脂浓度为75%时，CNT/epoxy膜卷复合纱的强度和模量分别为206.9MPa和6.7GPa，相比于CNT膜卷纱分别提高了59.3%和458.3%。同时，CNT/epoxy膜卷复合纱的传感系数可以达到2.79，提高了287.5%。
但是，环氧树脂与碳纳米管之间的界面结合较弱，可以通过提高极性溶剂对碳纳米管的浸润性的方法，增强碳纳米管与环氧树脂的粘合。因此，本课题采用浓硝酸去除碳纳米管膜的表面杂质和内部无定形碳，并在碳纳米管表面引入极性的氢键和含氧官能团，改善了环氧树脂与碳纳米管间的界面结合。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、红外光谱等方法对酸改性前后碳纳米管膜的表面形态结构、官能团接枝情况和内部石墨化结构进行表征，并以碳纳米管膜为原材料制备了酸处理时间不同的CNT膜卷纱，研究浓硝酸对其最佳处理时间。结果显示，酸处理2h后的CNT膜卷纱力学和电学表现最好，与未经处理的CNT膜卷纱相比，其强度提高了87.5%，电导率提高了260.73%。
在酸处理2h后，碳纳米管膜对极性液体的接触角由125.32°降低到102.84°，与环氧树脂粘合后的最大强力和剥离强度分别由1.8N和46.48N/m增加到3.03N和161.37N/m，CNT/epoxy膜卷复合纱的孔隙率由88.25%降低至51.29%。这表明酸处理可以通过有效增加碳纳米管表面的含氧官能团量的方法，改善环氧树脂对碳纳米管的浸润性，提高CNT/epoxy膜卷复合纱内部的环氧树脂含量，使两者之间的界面结合力得到增强。因此，酸改性CNT/epoxy膜卷复合纱的强度和模量可达474.95MPa和25.9GPa，分别提高了296.12%和288.89%，传感系数提高了619.43%。
最后，本课题基于酸改性CNT膜卷纱优异的导电能力，制备出一种轻质柔性导线，该导线在20次弯曲循环内具有良好的导电稳定性，电阻变化率小于0.015。基于酸改性CNT/epoxy膜卷复合纱优异的传感性能，研究了其在不同应用环境下的电学稳定性和应变传感性能。发现其缝入织物后再加以4%应变的反复载荷，电阻变化率的差值几乎为0。在100%湿度环境下放置48h，其力学性能下降9.51%后保持不变，电导率略微提升了12.58%。将制备的智能织物用以检测人体运动，当手臂伸展和手指弯曲时其电阻变化率分别达到34.28%和13.44%，在重复多次手腕活动和膝盖弯曲的动作后，电阻变化率的差值几乎为0，表现出良好的运动传感灵敏性和稳定重复性。
首先，本课题探究了捻度对碳纳米管膜卷纱结构的影响，随着捻度从600r/m提高至1500r/m，CNT膜卷纱的强度和模量分别从68.16MPa和0.5GPa提高至127.5MPa和1.28GPa，分别增长了90%和156%。在此基础上探究了碳纳米管/环氧树脂膜卷复合纱的最佳工艺参数，当环氧树脂浓度为75%时，CNT/epoxy膜卷复合纱的强度和模量分别为206.9MPa和6.7GPa，相比于CNT膜卷纱分别提高了59.3%和458.3%。同时，CNT/epoxy膜卷复合纱的传感系数可以达到2.79，提高了287.5%。
但是，环氧树脂与碳纳米管之间的界面结合较弱，可以通过提高极性溶剂对碳纳米管的浸润性的方法，增强碳纳米管与环氧树脂的粘合。因此，本课题采用浓硝酸去除碳纳米管膜的表面杂质和内部无定形碳，并在碳纳米管表面引入极性的氢键和含氧官能团，改善了环氧树脂与碳纳米管间的界面结合。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、红外光谱等方法对酸改性前后碳纳米管膜的表面形态结构、官能团接枝情况和内部石墨化结构进行表征，并以碳纳米管膜为原材料制备了酸处理时间不同的CNT膜卷纱，研究浓硝酸对其最佳处理时间。结果显示，酸处理2h后的CNT膜卷纱力学和电学表现最好，与未经处理的CNT膜卷纱相比，其强度提高了87.5%，电导率提高了260.73%。
在酸处理2h后，碳纳米管膜对极性液体的接触角由125.32°降低到102.84°，与环氧树脂粘合后的最大强力和剥离强度分别由1.8N和46.48N/m增加到3.03N和161.37N/m，CNT/epoxy膜卷复合纱的孔隙率由88.25%降低至51.29%。这表明酸处理可以通过有效增加碳纳米管表面的含氧官能团量的方法，改善环氧树脂对碳纳米管的浸润性，提高CNT/epoxy膜卷复合纱内部的环氧树脂含量，使两者之间的界面结合力得到增强。因此，酸改性CNT/epoxy膜卷复合纱的强度和模量可达474.95MPa和25.9GPa，分别提高了296.12%和288.89%，传感系数提高了619.43%。
最后，本课题基于酸改性CNT膜卷纱优异的导电能力，制备出一种轻质柔性导线，该导线在20次弯曲循环内具有良好的导电稳定性，电阻变化率小于0.015。基于酸改性CNT/epoxy膜卷复合纱优异的传感性能，研究了其在不同应用环境下的电学稳定性和应变传感性能。发现其缝入织物后再加以4%应变的反复载荷，电阻变化率的差值几乎为0。在100%湿度环境下放置48h，其力学性能下降9.51%后保持不变，电导率略微提升了12.58%。将制备的智能织物用以检测人体运动，当手臂伸展和手指弯曲时其电阻变化率分别达到34.28%和13.44%，在重复多次手腕活动和膝盖弯曲的动作后，电阻变化率的差值几乎为0，表现出良好的运动传感灵敏性和稳定重复性。