成果簡介
随着可穿戴智能電子裝置的快速發展，迫切需要高性能的柔性應變傳感器。本文，河南科技大學Yuxin He等研究人員在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發表名為“Wearable Strain Sensors Based on a Porous Polydimethylsiloxane Hybrid with Carbon Nanotubes and Graphene”的論文，研究将碳納米管（CNT）和石墨烯（GR）用于填充柔性多孔聚二甲基矽氧烷（CNT-GR / PDMS）納米複合材料，并設計用于應變傳感應用。使用索氏提取技術成功建構了典型的微孔結構，并且連接配接的CNT和GR在多孔骨架中建構了完美的三維導電網絡。是以，基于多孔結構和典型的協同導電網絡，可以很好地調節基于CNT-GR / PDMS的應變傳感器的可拉伸性和靈敏度。
基于位于細胞骨架外層和内層的脆性協同導電網絡的破壞作用以及不同應變範圍内相鄰細胞之間的接觸效應，制備的基于CNTs-GR / PDMS的應變傳感器表現出優異的應變系數。 此外，這種材料還具有超低的檢測限（0.5％應變），快速的響應時間（60毫秒），良好的穩定性和耐用性（10,000個循環）以及與頻率/應變有關的傳感性能，進而使其在檢測過程中具有活性。檢測各種外部環境。最後，将制備的基于多孔CNTs-GR / PDMS的應變傳感器連接配接到皮膚上，以檢測各種人體運動，例如手腕彎曲，手指彎曲，肘部彎曲和膝蓋彎曲，進而證明了在智能可穿戴裝置中的廣闊應用前景
圖文導讀
圖1.（a）多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料的制備過程示意圖。（b–e）多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料的照片。當扭曲，彎曲和拉伸時，可實作非凡的柔韌性。
圖2. SEM圖像顯示了（a–a”）純PDMS，（b–b”）具有0.7 wt％CNTs-GR的CNTs-GR / PDMS納米複合材料以及（c–c”）和（ d–d''）多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料，其放大倍數為0.7 wt％CNTs-GR。
圖3.（a）TGA曲線，（b）DSC曲線，（c）FTIR光譜和（d）具有不同CNTs-GR負載的純PDMS和多孔CNTs-GR / PDMS複合材料的XRD圖。
圖4.（a）具有不同CNTs-GR負載的純PDMS和多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料的典型應力-應變曲線，
（b）電導率和CNTs-GR負載之間的關系，（ c）具有0.7重量％的CNTs-GR的純PDMS和CNTs-GR / PDMS複合材料，（d（e）多孔結構。
圖5.（a）對于具有不同CNTs-GR負載的多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料，其拉伸速率為20 mm / min時，ΔR / R 0作為應變的函數。（b）在不同應變範圍内具有0.7wt％的CNTs-GR的多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料的敏感性。（c）随着拉伸應變的增加，多孔結構演變的示意圖。
圖7.多孔CNTs-GR / PDMS基應變傳感器的響應模式在不同的彎曲度下固定在（a）手指，（b）手腕，（c）肘部和（d）膝蓋上。當志願者（e）說“ Ah”，“ Apple”和“ HAUST”時，（f）拳頭，（g）咀嚼，（h）打擊時，基于多孔CNTs-GR / PDMS的應變傳感器的響應模式和（i）微笑。
小結
使用索氏提取技術成功制備了具有協同導電網絡的多孔CNTs-GR / PDMS納米複合材料。所制備的基于CNTs-GR / PDMS的應變傳感器可以有效地用于大規模人體運動和微妙的生理信号的實時監控，顯示出其在有前途的可穿戴智能電子産品中的巨大潛力。
文獻：