成果简介
目前的柔性传感器在人体健康监测中发挥着不可或缺的作用，高性能传感器的发展需要材料和结构的优势。本文，南京航空航天大学沈理达教授、赵剑峰教授等在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Additive Manufacturing of Stretchable Polyurethane/Graphene/Multiwalled Carbon Nanotube-Based Conducting Polymers for Strain Sensing”的论文，研究目的是利用数字光处理（DLP）将两种填料分散在热塑性聚氨酯（TPU）光敏树脂中，制备具有孔隙结构的柔性传感器。本研究采用石墨烯（GN）和多壁碳纳米管（MWCNTs）作为柔性树脂材料的添加物进行相基制备，并采用数字光学固化处理技术实现具有特殊多孔结构的柔性传感器的快速制备。
结果表明，1.2 wt % MWCNTs-GN/TPU材料表现出优异的传感性能。复合材料的电阻率为 1.74 × 104Ωcm。灵敏度系数为1.8464;延展性为45%;而低滞后系数仅为9%。多孔柔性传感器的制备灵敏度更高，更适合人体。该方法有望为柔性传感器的快速形成提供新的思路。
图文导读
图1.制备流程图。
图2.复合材料的微观外观
图3.双填充导电网络机理图
图4.MWCNTs-GN/TPU复合材料力学和电气性能测试和结果
图5.MWCNTs-GN/TPU复合材料在不同应变下的拉伸应变及其导电网络变化机理
图6.复合材料应变-抗性曲线
图7.极材拉伸应力模拟与传感器性能比较
图8、应用图示
小结
总之，我们在TPU光学树脂中通过超声波振动和搅拌分散了MWCNTs-GN，并利用自主研发的DLP光学器件制备了低成本的柔性应变传感器。本文制备的应变传感器在多次装卸中表现出优异的稳定性，可以提供稳定和重复的电阻变化。该方法显示了DLP光学固化和柔性导电聚合物制备应变传感器的潜在能力，为个性化定制可穿戴电子设备提供了思路。因此，我们认为制造用于成型的光固化是一种很有前途的柔性可穿戴器件的方法，可以进一步促进可穿戴电子产品的发展。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c00012
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