精确的温度控制是复合材料机械结构和电气功能的关键保护措施。在a-MWCNTs/LDHs/皮革材料的后处理过程中，维持稳定的热环境（通常在60°C左右）是有效去除残留水分而不降解皮革天然胶原纤维的唯一方法。这种平衡对于固化导电网络同时防止会破坏材料作为传感器的性能的物理缺陷是必要的。
干燥过程决定了应变传感器的最终质量。不受控制的热量会破坏皮革基底，导致导电层开裂，而精确干燥则能保持3D纤维结构并确保一致的电阻。
保护生物基底
保护胶原蛋白结构
您的复合材料的基础材料是皮革，这是一种由其三维胶原纤维结构定义的天然材料。这种结构提供了可穿戴传感器所需的灵活性和耐用性。
如果干燥温度波动或飙升，会导致这些纤维的热降解。精确控制可使水分以不会破坏这种复杂的生物框架的速率蒸发。
防止结构脆化
快速或不均匀的加热会“煮熟”皮革而不是干燥它。这会导致基底变脆，无法承受应变传感器所需的机械变形。通过保持稳定的温度，可以确保材料保持柔韧性和坚固性。
确保电气完整性
设置纳米导电网络
酸化的多壁碳纳米管（a-MWCNTs）与层状双氢氧化物（LDHs）之间的相互作用形成了传感必需的电通路。稳定的热环境有助于将“设置”此纳米导电网络牢固地固定在皮革纤维上。
消除表面缺陷
不均匀的干燥速度是传感器故障的主要原因。如果烤箱内的温度变化，复合材料的不同部分会以不同的速率干燥。
这种差异会导致明显的物理缺陷，特别是导电层的表面开裂或剥落。这些裂缝会切断电连接，导致传感器产生噪声或无法工作。
确保电阻一致性
为了使应变传感器可靠，其基线电气特性必须是可预测的。精确干燥可确保导电层在整个表面上均匀形成。
这种均匀性保证了初始电阻的一致性。没有这种控制，批次间的差异将使准确的传感器校准成为不可能。
不当热管理的风险
速度与质量的权衡
为了加快制造过程而提高温度是诱人的。然而，在此特定应用中，速度通常是以材料损坏为代价的。
热梯度影响
即使平均温度正确，内部一致性差（热梯度）的干燥箱也会损坏产品。a-MWCNTs/LDHs层非常敏感；局部热点会导致局部剥落，使整个样品失效。
优化传感器制造的后处理
为了最大限度地提高导电皮革复合材料的性能，您必须优先考虑稳定性而不是激进的干燥策略。
- 如果您的主要重点是机械耐用性：将温度严格保持在60°C，以最大限度地去除水分，同时保持胶原纤维的天然弹性。
- 如果您的主要重点是电气可靠性：确保烤箱提供均匀的热量分布，以防止导致导电层开裂的差异干燥速率。
精确的热管理是将原材料复合混合物转化为可靠、高性能的可穿戴设备之间的桥梁。
总结表：
| 关键因素 | 精确控制的影响 | 控制不当的后果 |
|---|---|---|
| 胶原蛋白结构 | 保持3D纤维的柔韧性和耐用性 | 热降解和结构脆化 |
| 导电网络 | 将a-MWCNTs/LDHs牢固地固定在纤维上 | 纳米层的表面开裂和剥落 |
| 电气性能 | 确保一致的基线电阻 | 高噪声、信号故障和校准不良 |
| 水分去除 | 在稳定速率下均匀蒸发 | 局部热点和不均匀的干燥缺陷 |
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参考文献
- Jianzhong Ma, Yan Zong. High performance strain sensor based on leather activated by micro-cracking conductive layer. DOI: 10.1186/s42825-023-00134-6
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