超疏水高性能木基压阻式压力传感器,用于检测人体运动

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:39
文章英文标题
Superhydrophobic and high-performance wood-based piezoresistive pressure sensors for detecting human motions
正文
为促进现代社会的可持续发展,功能性木质材料通过部分替代石油衍生的高分子材料,成为缓解环境恶化最有希望的候选材料之一。然而,天然木材的亲水性极大地限制了其实际应用。通过对氧化石墨烯( GO )的化学处理、复盖和还原以及聚二甲基硅氧烷( PDMS )的修饰,制备了一种用于压阻式压力传感器的超疏水导电木海绵( P-rGO @ WS ),在0 ~ 5   kPa范围内灵敏度高达4.93   kPa-1,响应时间为160   ms。由于拱形层的有序片层结构有效地传递了应力,rGO和PDMS层提高了机械压缩性,传感器在60 %的应变下经过1000次压缩循环后仍保持了稳定的电响应,表现出优异的抗疲劳性能。此外,该传感器具有超疏水特性,水接触角高达152 °,即使在压缩条件下仍保持超疏水状态。重要的是,该传感器成功地应用于人体运动的检测,包括手腕脉搏、语音识别和各种身体活动。这一研究结果可想而知,即使在潮湿的环境下,也为可穿戴电子用生物质材料制造高性能压阻式压力传感器提供了一种可持续的方法。
文章内容(英文)
To promote the sustainable development of modern society, the functional wood-based materials have been one of the most promising candidates to alleviate the deterioration of environment by partially replacing the polymer materials derived from petroleum. However, the hydrophilicity of natural wood greatly limited its practical applications. Herein, a superhydrophobic and conductive wood sponge (P-rGO@WS) for piezoresistive pressure senor is fabricated through chemical treatment, coverage and reduction of graphene oxide (GO) and subsequent modification by polydimethylsiloxane (PDMS). The wood-based sensor exhibits high sensitivity up to 4.93 kPa −1 in 0–5 kPa and a fast response time of 160 ms. Owing to the effective stress transfer by the ordered lamellar architecture with arched layers and the mechanical compressibility improved by the rGO and PDMS layers, the sensor maintains stable electrical response even after undergoing 1000 compression cycles at a strain of 60%, illustrating the excellent fatigue resistance. Moreover, the sensor possesses superhydrophobicity with a high water contact angle of 152° and still remains superhydrophobic state even under compression. Importantly, the sensor is successfully applied for detecting human motions including wrist pulse, voice recognition and various body activities. The findings conceivably stand out a sustainable method to fabricate high-performance piezoresistive pressure senor derived from biomass materials for wearable electronics even under humid environment.
来源出处
Journal|[J]Chemical Engineering JournalVolume 426, 2021.
谷歌学术影响力
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DOI
https://doi.org/10.1016/J.CEJ.2021.130837

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