可穿戴柔性传感器用压阻PEO / PEDOT:PSS电纺纳米纤维的设计与优化

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:43
文章英文标题
Design and Optimization of Piezoresistive PEO/PEDOT:PSS Electrospun Nanofibers for Wearable Flex Sensors
正文
柔性应变传感器是应用于从医疗保健到软机器人等领域的人体监测的基本设备。以本征导电聚合物( ICPs )为主导材料,设计新型、鲁棒、低成本的可拉伸压电应变传感器受到了越来越多的关注。我们研究了一种基于直接收集的交联电纺纳米纤维( NFs )的敏感元件,并将其在柔性和生物相容性好的聚二甲基硅氧烷( PDMS )基底上进行热处理,优化了以聚环氧乙烷( PEO )和聚3,4 -乙撑二氧噻吩( 3,4 -乙撑二氧噻吩)共混掺杂聚(苯乙烯磺酸盐) ( PEDOT:PSS )为ICP的纳米结构活性层,特别是在通过PEO和PSS交联促进电导率的热处理、保持纳米结构以及优化敏感层与基底的耦合方面。我们证明纳米结构的活性材料可以获得优异的性能。我们分析了传感器在压缩和牵引两种模式下的压阻响应,得到了高达90 %的电阻增量。量程因子( GFs )反映了所观察到的非同寻常的压阻行为:模式为45.84,压缩模式为208.55,远高于文献中非纳米结构PEDOT的结果。
文章内容(英文)
Flexible strain sensors are fundamental devices for application in human body monitoring in areas ranging from health care to soft robotics. Stretchable piezoelectric strain sensors received an ever-increasing interest to design novel, robust and low-cost sensing units for these sensors, with intrinsically conductive polymers (ICPs) as leading materials. We investigated a sensitive element based on crosslinked electrospun nanofibers (NFs) directly collected and thermal treated on a flexible and biocompatible substrate of polydimethylsiloxane (PDMS). The nanostructured active layer based on a blend of poly(ethylene oxide) (PEO) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) as the ICP was optimized, especially in terms of the thermal treatment that promotes electrical conductivity through crosslinking of PEO and PSS, preserving the nanostructuration and optimizing the coupling between the sensitive layer and the substrate. We demonstrate that excellent properties can be obtained thanks to the nanostructured active materials. We analyzed the piezoresistive response of the sensor in both compression and traction modes, obtaining an increase in the electrical resistance up to 90%. The Gauge Factors (GFs) reflected the extraordinary piezoresistive behavior observed: 45.84 in traction and 208.55 in compression mode, which is much higher than the results presented in the literature for non-nanostructurated PEDOT.
来源出处
Journal|[J]NanomaterialsVolume 10, Issue 11. 2020. PP 2166-2166
DOI
https://doi.org/10.3390/nano10112166

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