成果简介
采用纳米材料-聚合物复合材料纳米纤维膜的柔性压电容式传感器具有超低功率特性、快速响应、低滞后和对温度变化不敏感等特点，为更传统的压电和压阻式可穿戴传感器提供了一种有吸引力的替代方案。本文，格罗宁根大学Ajay Giri Prakash Kottapalli等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Fabric-like Electrospun PVAc–Graphene Nanofiber Webs as Wearable and Degradable Piezocapacitive Sensors”的论文，研究提出了一种制备静电纺石墨烯分散PVAc纳米纤维膜的压电电容传感器的简便方法，用于物联网可穿戴设备和人体生理功能监测。
在原始和石墨烯分散的PVAc纳米纤维上进行了一系列电学和材料表征实验，以了解石墨烯添加对纳米纤维形貌、介电响应和压力传感性能的影响。在原始和石墨烯负载的PVAc纳米纤维膜传感器上进行了动态单轴压力传感性能评估测试，以了解二维（2D）纳米填料添加对压力传感性能的影响。在负载石墨烯的自旋包覆膜和纳米纤维网中，介电常数和压力传感性能分别显著提高，随后引用微偶极子形成模型来解释纳米填料诱导的介电常数增强。通过进行加速寿命评估实验，至少需要3000次周期性的触觉力载荷，从而强调了传感器的坚固性和可靠性。进行了一系列涉及人体生理参数监测的测试，以强调所提出的传感器在物联网个性化医疗保健、软机器人和下一代假肢装置中的适用性。最后，证明了传感元件的易降解性，以强调其对瞬态电子应用的适用性。
图文导读
图1.静电纺丝和传感器制造流程
图2.材料表征
图3.介电响应特性
图4.基于纳米纤维的电容式传感器的机电表征
图5.力学表征和加速寿命评估
图6.0.25 wt % 石墨烯-PVAc纳米纤维电容传感器在人体生理监测中的应用
图7.用于步态监测的感应鞋底
图8.姿势感应智能椅
图9.照片显示了0.25wt %石墨烯-PVAc纳米纤维膜在不同时间点的降解
小结
总之，这项工作建立了一种利用石墨烯分散的PVAc纳米纤维膜用于物联网可穿戴压电容传感应用的简便方法。对纳米纤维进行了一系列电学和材料表征测试，包括介电响应评估、SEM和TEM观察以及拉曼光谱分析，以了解石墨烯分散对纳米纤维形貌和电性能的影响。进行了一系列人体生理参数监测实验，包括肌肉运动检测、呼吸频率检测和步态监测。为了进一步强调传感器对物联网应用的准备程度，展示了一款无线智能步态监测鞋垫和一把姿势传感智能椅子，以及在Arduino Uno和纳米平台上实现的定制嵌入式程序。最后，通过在水-乙醇溶液中简单分解传感器，证明了所提出的传感元件对循环电子倡议主题的适用性。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.3c03113
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