可穿戴应变传感器

摘要\n导电聚合物复合材料( CPC )因其重量轻、柔韧性好成为可穿戴应变传感器的候选材料，然而成本高、响应度低和耐腐蚀性差严重制约了其实际应用。本研究以市售橡胶带( RB )和低成本炭黑纳米粒子( CBNPs )为聚合物基体和导电纳米填料制备可穿戴应变传感器用超疏水CPC。CBNPs通过超声作用均匀地分布在肿胀的RB表面。然后，将得到的具有粗糙表面的RB / CBNPs复合材料用聚二甲基硅氧烷( PDMS )进行改性，不仅可以赋予复合材料超疏水性能，而且在很大程度上改善了RB与CBNPs的界面黏附性。所制备的RB / CBNPs / PDMS超疏水复合材料具有优异的拒水和防腐性能，即使在循环表面磨损试验后仍保持其超疏水性能，表现出优异的耐久性。此外，RB / CBNPs / PDMS应变传感器具有优异的拉伸性能，断裂伸长率为980 %，高灵敏度，规整因子为242.6 ( ε = 38.8 % ~ 71.4 % )，循环拉伸-释放试验重复性好，可用于检测全身运动。

本研究制备了可穿戴聚氨酯( PU )纳米纤维基银纳米线( AgNWs ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料，并将其作为应变传感器监测人体手臂关节运动，研究其电阻随形变的变化。在乙醇中添加不同含量的AgNWs ( 0.5 wt %、0.75 wt %和1 wt % )，对PU纳米纤维非织造布进行包复，然后采用商用扣子和PDMS涂层进行包装和封装。采用扫描电子显微镜( SEM )对样品的表面形貌进行表征，在50 ° C下养护2 h后，将传感器集成到纺织臂袖上，进行假人和3人的磨损试验。考虑到1wt % AgNWs处理时传感器的电阻最低，传感器最初表现为根据弯曲运动增加电阻，而过度弯曲导致电阻减小的趋势。在改变关节屈曲速度( 0.125 ~ 0.5 Hz )时，1 wt % AgNWs的传感器表现出最好的性能，即便是在较高的频率下，其信号更准确，稳定性也更好。