基于碳纳米管和石墨烯杂化多孔聚二甲基硅氧烷的可穿戴应变传感器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:52
文章英文标题
Wearable Strain Sensors Based on a Porous Polydimethylsiloxane Hybrid with Carbon Nanotubes and Graphene.
正文
随着可穿戴智能电子技术的快速发展,迫切需要高性能的柔性应变传感器。设计并制备了一种碳纳米管( CNTs )和石墨烯( GR )双填充柔性多孔聚二甲基硅氧烷( CNT-GR / PDMS )纳米复合材料,用于应变传感应用。利用索氏抽提技术成功构建了典型的微孔结构,连接的CNTs和GR在多孔骨架中构建了完善的三维导电网络。因此,基于多孔结构和典型的协同导电网络,CNT-GR / PDMS基应变传感器的拉伸性能和灵敏度得到了很好的调控。基于位于细胞骨架外层和内层的脆性协同导电网络的破坏作用以及不同应变范围内相邻细胞间的接触效应,制备的CNTs-GR / PDMS应变传感器在0 ~ 3、3 ~ 57、57 ~ 90、90 ~ 120 %应变区域的规整因子分别为182.5、45.6、70.2、186.5。此外,该材料还具有超低的检测限( 0.5 %应变)、快速的响应时间( 60 ms )、良好的稳定性和耐久性( 1万次循环)以及与频率/应变相关的传感性能,使其对各种外部环境的检测具有活性。最后,将制备好的多孔CNTs-GR / PDMS基应变传感器附着在皮肤上,检测人体的各种运动,如腕部弯曲、手指弯曲、肘部弯曲、膝关节弯曲等,在智能可穿戴设备中展现出广阔的应用前景。
文章内容(英文)
High-performance flexible strain sensors are urgently needed with the rapid development of wearable intelligent electronics. Here, a bifiller of carbon nanotubes (CNTs) and graphene (GR) for filling flexible porous polydimethylsiloxane (CNT-GR/PDMS) nanocomposites is designed and prepared for strain-sensing applications. The typical microporous structure was successfully constructed using the Soxhlet extraction technique, and the connected CNTs and GR constructed a perfect three-dimensional conductive network in the porous skeleton. As a result, the stretchability and sensitivity of the CNT-GR/PDMS-based strain sensors were well regulated based on the porous structure and the typical synergistic conductive network. Based on the destruction effect of the brittle synergistic conductive network located in the outer and inner layers of the cell skeleton and the contact effect between adjacent cells in different strain ranges, the prepared CNTs-GR/PDMS-based strain sensor exhibited superior gauge factors of 182.5, 45.6, 70.2, and 186.5 in the 0-3, 3-57, 57-90, and 90-120% strain regions, respectively. In addition, this material also exhibited an ultralow detection limit (0.5% strain), a fast response time (60 ms), good stability and durability (10,000 cycles), and frequency-/strain-dependent sensing performances, making it active for the detection of various external environments. Finally, the prepared porous CNTs-GR/PDMS-based strain sensor was attached to the skin to detect various human motions, such as wrist bending, finger bending, elbow bending, and knee bending, thereby demonstrating wide application prospects in smart wearable devices.
来源出处
Journal|[J]ACS Applied Materials & InterfacesVolume 13, Issue 13. 2021.
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSAMI.0C22823

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