成果简介
柔性应变传感器是可穿戴电子产品的核心之一。目前，开发具有高拉伸性、灵敏度和长期稳定性的柔性应变传感器仍然很困难。本文，华东理工大学Jinyu Sun等研究人员在《Sens. Actuator A Phys》期刊发表名为“Ultra-highly Sensitive Graphene/Polyaniline@Epoxidized Natural Rubber Strain Sensors for Human Motion Monitoring”的论文，研究将聚苯胺（PANI）涂覆在环氧化天然橡胶（ENR）纳米球表面得到PANI@ENR纳米球，然后与石墨烯（GN）片机械共混制备GN/PANI@ENR复合材料。由PANI和GN组成的复合导电网络赋予复合材料优异的机械、机电和应变传感性能。
应变传感测试表明，ENR复合材料在270%的应变范围内具有29671.7的超高应变系数。同时，复合材料表现出优异的循环稳定性，超过2500次循环。此外，GN/PANI@ENR应变传感器可以实时监测人体的大应变（手指、手腕、肘关节和膝关节弯曲）和小应变（声带振动、脉搏、面部肌肉运动的应变），表明在可穿戴柔性电子产品中具有广泛的潜在应用。
图文导读
图1、PANI@ENR的制备流程
图2. (a) 分别是NR, ENR, PANI@ENR, GN/PANI@ENR, 和GN的FTIR光谱。(b) GN, PANI@ENR, 纯PANI, 和GN/PANI@ENR的拉曼光谱。(c) ENR、PANI@ENR、GN/PANI@ENR、纯PANI和GN的XRD图案。(d) 分别是GN、PANI、6%-GN/4%-PANI@ENR、0%-GN/4%-PANI@ENR和ENR的TGA曲线。
图3：（a）不同含量的GN/PANI@ENR复合膜的应变-应力行为。(b) GN/PANI@ENR复合膜的断裂伸长率和拉伸强度与GN含量的关系。(c) 6%-GN/4%-PANI@ENR复合薄膜在20%、40%、80%、120%、160%和200%的应变下的拉伸恢复曲线。(只有一个周期)。(d) 6%-GN/4%-PANI@ENR复合薄膜在第1、第2、第50和第100个周期的0-100%应变下的拉伸恢复曲线。
图4. (a) GN/PANI@ENR复合薄膜的电体积传导率对GN含量的依赖性。(b) 6%-GN/4%-PANI@ENR应变传感器的ΔR/R0与应用应变之间的关系。(c) PANI@ENR应变传感器的GF和极限应变与其他文献中的数据比较。(d) 电路中LEDs的亮度变化。(e) 在拉伸过程中，GN/PANI@ENR复合材料的感应机制。
图5、GN/PANI@ENR复合材料的应变传感行为
图6.（a） 粘附在指关节、腕关节、肘关节和膝关节上的GN/PANI@ENR应变传感器示意图。GN/PANI@ENR应变传感器对（b）手指关节弯曲，（c）腕关节弯曲，（d）肘关节弯曲，（e）膝关节弯曲的响应信号。
图6.GN/PANI@ENR应变传感器在检测人体各种小动作中的应用：（a）连续短语发音的信号，（b）不同单词发音的信号，（c）手腕脉搏的信号，（d）张嘴的信号，（e）微笑的信号。
小结
综上所述，将GN直接分散在PANI@ENR乳液中制备了GN/PANI@ENR复合材料。GN/PANI@ENR应变传感器不仅可以监测人体关节的大应变运动，还可以精确监测声带振动和脉冲等小应变运动。所有这些优异的结果表明，GN/PANI@ENR复合材料可以作为人体运动监测、人机交互和其他可穿戴电子设备的应变传感器。
文献：https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114421
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