成果简介
最近，越来越多的导电纳米复合材料被用于增强柔性传感器的传感特性。然而，很少研究纳米复合材料的复合结构对传感器性能的影响。本文，武汉大学刘锋、湖北大学王龙海等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Carbon Black/Graphene Nanosheet Composites for Three-Dimensional Flexible Piezoresistive Sensors”的论文，研究将炭黑（CB）/石墨烯纳米片（GNs）的两种复合结构用于三维柔性压阻传感器。基于CB和GNs的复合结构，制备了三种具有CB和GNs纳米复合材料的柔性压阻传感器。
实验结果表明，CB和GNs的不同复合结构导致灵敏度和量规因子的数倍差异。在三个样品中，具有复合结构的传感器（先涂覆GNs，然后在SEBS基板表面填充CB）的灵敏度最高，为197.56kPa–1（低于300Pa）和仪表因数 (GF) 为 47.60。同时，传感器显示出120ms的快速响应、63ms的即时恢复和出色的稳定性（>2000个周期）。此外，还展示了传感器在监测说话和手势方面的潜在应用。这项工作提供了一种获得具有导电纳米复合材料的高灵敏度压阻传感器的策略。
图文导读
图1. 柔性压阻传感器制造示意图
图2. (a) CB/ GNs@SEBS 、(b) GNs/ CB@SEBS和 (c) GNs+CB@SEBS的SEM图像。图像 (d)-(f) 分别是 (a)-(c) 的高分辨率SEM ，图像。SEBS基板 (g) 没有和 (h) 有导电纳米材料的照片。CB/ GNs@SEBS在 (i) 初始状态和 (j) 拉伸状态下的照片。
图3. 对各种 (a) Δ L / L 0在张力下和 (b) 在压力下的压力的阻力响应。(c) CB/ GNs@SEBS 、(d) GNs/ CB@SEBS和 (e) GNs + CB@SEBS在初始状态下的顶视图（左）和截面图（右）示意图和拉伸状态
图4. (a) 样品螺纹的断裂伸长率。(b)CB/ GNs@SEBS在50%应变（应变率为 1 mm/s）下的压力加载-卸载循环测试。(c) 响应和恢复时间。(d) 在60%压缩应变下对压缩/释放循环的阻力响应。
图5. (a, b) 发声和 (c) 手势识别中的应用。(d) 带有剪刀的压力传感器阵列 (3 × 3)。(e) 电阻改变对剪刀在传感器阵列上施加的压力的响应。
小结
综上所述，本文提出了CB和GN的两种复合结构，并通过研究不同复合结构对传感器性能的影响，获得了具有表面填充结构的高灵敏度 3D 压阻传感器。这些应用表明，柔性压阻式传感器在健康监管方面大有可为。该策略通过优化导电纳米材料的复合结构来提高柔性传感器的性能，可广泛应用于具有纳米复合材料（CNTs/CB/石墨烯/金属纳米颗粒/金属纳米线/Mxene）的柔性压阻传感器，并可以提供优化思路其他与纳米复合材料应用相关的领域。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c01081
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