DOI:10.1016/j.ijbiomac.2020.02.225

为了使木质素应用多样化，本文研究以蓝桉木素（EKL）和甘蔗渣硫酸盐木质素（BKL）为原料，制备了能检测人体某些运动的超薄碳纤维电纺毡，并对其化学结构进行了充分的研究。结果表明，以芥子醇和松柏醇为基本单元，松脂醇、芳基甘油-β-芳基醚、苯基香豆素、二苯乙烷为主要键合，EKL的主要化学结构略呈线性。在相同的热处理工艺下，略呈线性的EKL和交联的BKL分别倾向于形成非晶碳和石墨微晶，从而导致制备的传感器电阻有较大的差异。EKL超薄碳纤维（CF）传感器在弯曲过程中，由于相对电阻变化而产生的信号幅度约为9×104，而BKL-CF传感器在手臂弯曲和手指按压过程中，分别检测到较大（△R/R0~380）和较小（△R/R0＜10）的相对电阻变化。

图1.基于KL-CF的可穿戴传感器制造方案。

图2.（a）KLs的31P NMR光谱和（b）KLs中存在的不稳定羟基与TMDP的反应。

图3.EKL的HSQC频谱和相应结构。

图4.（a）EKL的MADIL高分辨率质谱，（b）裂解气相色谱-质谱，（c）拟议的主要结构。

图5.（a，b）EKL-CFs和（d，e）BKL-CFs的TEM图像以及（c，f）相应的HR-TEM图像。（d）中的红色箭头和（f）中的插图分别表示石墨微晶和相应的FFT图像。

图6.KLs和KL-Fs的热性能。（a）KLs和KL-Fs的DSC曲线。（b）BKL和BKL-Fs的熔融和结晶行为。（c）KLs和KL-Fs的TG和（d）DTG曲线。（e）KLs和KL-Fs的主要热降解阶段的ln[ln（W0/WT）]与θ的关系图。（f）在热降解过程中KL-Fs分子链演变的示意图。

图7.KL-Fs的热处理和相应的形貌。（A）KL-Fs的稳定化和碳化过程。（B）在不同条件下处理的KL-Fs的SEM图像。（C）在0.25℃/min的稳定速率和3℃/min的碳化速率下获得的KL-Fs的直径。

图8.（a，b）EKL-CFs和（d，e）BKL-CFs传感器的压阻性能。（a，d）在手指弯曲过程中可穿戴式传感器的相对电阻变化。（b，e）分别为（a）和（d）的放大图。（c）△R/R0变化的对应机理。

图9.使用基于BKL-CFs的传感器检测各种动作。（a），（c）和（e）中的插图分别是固定在手臂、滑梯和桌子上的可穿戴传感器的照片。（b），（d）和（f）分别是（a），（c）和（e）的局部放大图。