超临界CO2 催化尼龙6,6纱线Ni-P金属化：捻度调控对可编织器件导电性能的优化研究

为解决可编织电子器件中导电纱线性能优化难题，研究人员通过超临界CO2 （scCO2 ）催化结合Ni-P化学镀技术，系统研究了捻度（0-865 T/m）对尼龙6,6纱线金属化特性的影响。结果表明，增加捻度显著提升Pd催化剂分布均匀性，形成更厚更均匀的Ni-P镀层，使电阻降低90%以上，为智能纺织品开发提供关键工艺优化策略。

　　

在智能穿戴技术蓬勃发展的今天，可编织电子器件正掀起一场纺织行业的革命。这类将功能性纱线直接织入织物的技术，能够突破传统可穿戴设备僵硬、笨重的局限。然而，实现这一愿景的核心挑战在于如何将普通纺织纱线转化为高性能导电材料。其中，尼龙6,6因其优异的机械强度和化学稳定性成为理想基材，但现有金属化技术面临镀层不均匀、附着力差等瓶颈，而纱线加工中至关重要的捻度参数对金属化过程的影响机制更是未知领域。

针对这一科学问题，日本研究团队在《Micro and Nano Engineering》发表论文，创新性地采用超临界CO₂
（scCO₂
，兼具气体扩散性和液体溶解力的特殊流体状态）催化结合化学镀镍磷（Ni-P）技术，系统探究了捻度（455-865 T/m）对尼龙6,6纱线金属化特性的调控规律。研究发现，捻度增加通过三重效应提升性能：首先，纱线截面积缩小23%使纤维排列更紧密；其次，酰胺基团密度上升促进钯催化剂（Pd(hfa)₂
）锚定；最终诱导形成连续致密的Ni-P镀层，实现电阻从10³
Ω量级降至10¹
Ω量级。

关键技术方法
研究采用scCO₂
反应装置（15 MPa/80°C）完成Pd(hfa)₂
催化，结合化学镀（70°C/30 min）实现Ni-P沉积。通过SEM-EDS联用分析镀层形貌与元素分布，ImageJ软件量化纱线截面积变化，数字万用表测定表面电阻。所有纱线样本由Fujix公司提供，包含6种捻度梯度（0-865 T/m）。

研究结果

1. 捻度-结构关系
   通过SEM图像二值化分析发现，捻度从455 T/m增至865 T/m时，纱线截面积缩小7.5%。这种压缩效应使纤维间空隙减少，为后续金属沉积创造更均匀的基底。

2. 催化过程优化
   OM观察显示，高捻度纱线表面出现更多黑色钯纳米颗粒。EDS图谱证实，865 T/m样本的Pd信号强度是455 T/m的2.3倍，归因于扭应力暴露的酰胺基团（-CONH-）与Pd²⁺
   的配位作用增强。

3. 金属镀层特性
   SEM显示865 T/m纱线表面Ni-P颗粒覆盖率提升40%，镀层厚度增加至1.2 μm。交叉截面EDS证实Ni、P元素向纱线内部渗透，形成"外密内疏"的梯度分布结构。

4. 导电性能突破
   电学测试表明，捻度与电阻呈显著负相关（R²
   =0.98），865 T/m纱线电阻仅28 Ω/cm，较传统工艺降低两个数量级。这种提升源于高捻度样本中形成的三维导电网络。

结论与展望
该研究首次阐明捻度参数通过"物理压缩-化学催化-电学传导"的级联效应影响纱线金属化过程。所开发的scCO₂
辅助工艺不仅避免传统蚀刻步骤的污染问题，更通过捻度调控实现导电性能的精准定制。这项成果为智能服装、柔性传感器等应用提供了可量产的解决方案，其揭示的"结构-性能"关系范式还可拓展至其他高分子基材的改性研究。未来通过耦合机器学习优化捻度参数，有望实现导电纱线性能的按需设计。