PDMs海绵内嵌碳纳米管作为压阻式传感器用于人体运动检测

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:38
文章英文标题
PDMS Sponges with Embedded Carbon Nanotubes as Piezoresistive Sensors for Human Motion Detection
正文
多孔压阻式传感器提供了很有前途的柔性传感功能,如人体关节运动检测和手势识别等。采用微波快速除杂技术制备了由聚二甲基硅氧烷( PDMS )和分散良好的碳纳米管( CNTs )组成的多孔纳米复合海绵,通过改变致孔剂的用量和碳纳米管的负载量来调节多孔传感器的孔隙率和电学性能。利用扫描电子显微镜( SEM )对海绵进行表征,比较其微观结构,验证高质量CNT分散体,证实纳米填料成功嵌入弹性体基体中。CNT负载量为3wt %的海绵压阻灵敏度最高。实验表征表明,低孔隙率海绵具有较长的耐久性和最小的应变速率依赖性。此外,将所制备的3 wt % CNTs海绵用于压阻法人体运动检测。一项实验包括假肢手上的指尖压缩测量。此外,传感器附在用户的胸部、肘部和膝盖上,以检测呼吸、跑步、行走、关节弯曲和投掷动作。
文章内容(英文)
Porous piezoresistive sensors offer promising flexible sensing functionality, such as human joint motion detection and gesture identification. Herein, a facile fabrication method is developed using a microwave-based rapid porogen removal technique for the manufacturing of porous nanocomposite sponges consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) and well-dispersed carbon nanotubes (CNTs). The porogen amounts and CNT loadings are varied to tailor the porosity and electrical properties of the porous sensors. The sponges are characterized by a scanning electron microscope (SEM) to compare their microstructures, validate the high-quality CNT dispersion, and confirm the successful nanofiller embedding within the elastomeric matrix. Sponges with a 3 wt% CNT loading demonstrate the highest piezoresistive sensitivity. Experimental characterization shows that the sponges with low porosity have long durability and minimal strain rate dependence. Additionally, the developed sponges with 3 wt% CNTs are employed for the human motion detection using piezoresistive method. One experiment includes fingertip compression measurements on a prosthetic hand. Moreover, the sensors are attached to the chest, elbow, and knee of a user to detect breathing, running, walking, joint bending, and throwing motions.
来源出处
Journal|[J]NanomaterialsVolume 11, Issue 7. 2021. PP 1740-1740
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DOI
https://doi.org/10.3390/NANO11071740

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