华东师范大学《AMT》：拉伸耐受防水自清洁CBNP/石墨烯应变传感器，用于多功能应用

成果简介

可穿戴应变传感器被广泛应用于仿生机器人和可穿戴电子设备中。然而，这类设备不可避免地要在潮湿条件和污染物等降解环境中工作，从而降低了传感性能和稳定性。本文，华东师范大学 吴幸教授、毕恒昌研究员等在《Adv Mater Technol》期刊发表名为“Stretch-Tolerant Waterproof and Self-cleaning CBNPs/Graphene Strain Sensor for Multifunctional Applications”的论文，研究采用预拉伸策略，报道了一种具有高灵敏度的耐拉伸超疏水自清洁石墨烯基应变传感器。传感器的耐拉伸超疏水性表面是通过在Ecoflex基底上附着炭黑纳米颗粒来构建表面粗糙度，并用聚二甲基硅氧烷进行改性，从而在拉伸条件下（50% 应变）获得低表面能。

此外，即使在拉伸条件下，传感器也能保持出色的超疏水性能。该传感器对茶水、牛奶和咖啡等日常生活中常见的液体也不敏感。此外，所提出的应变传感器感应范围广（应变超过 100%），灵敏度高（拉伸 90% 时的测量系数高达 653.4），在空中和水下精确监测人体运动方面大有可为。此外，将应变传感器放置在桥梁上，还可以检测桥梁上的车辆数量，为实时交通流量监测提供了理想平台。

图文导读

图1、a） 制造超疏水自清洁应变传感器。b） CBNP/PDMS表面的SEM图像。c） 传感器传感层的SEM图像

图2、应变传感器的超疏水性能

图3、应变传感器的自清洁性能

图4、应变传感器的电气性能特征

图5、使用超疏水、自清洁 CBNP/石墨烯应变传感器进行人体运动监测，用于 a） 肘部、b） 手指、c） 膝盖、d） 皱眉、e） 吞咽、f） 腿部肌肉和 g） 使用摩尔斯电码传输 ECNU 的单词。

图6、a） 水下运动监测示意图。b） 在空中和水下弯曲手指。使用超疏水、自清洁CBNP/石墨烯应变传感器进行水下运动监测，用于c）手指连续弯曲几次，d）手指逐渐弯曲至90°。e） 根据摩尔斯电码发送“SOS”消息。

图7、用于实时交通流量监测的应变传感器

小结

综上所述，研究报告了一种防水和自清洁应变传感器，具有高灵敏度和良好的线性度。选择石墨烯作为导电材料，用CBNPs构建微纳米结构制备超疏水层，并采用预拉伸策略用PDMS包封，即使在大应变下也具有优异的防水和自清洁性能。石墨烯传感材料使传感器具有优异的特性。应变传感器在653%应变下表现出4.90的高应变因数、良好的线性度和可重复性。基于其高灵敏度、防水和自清洁性能，该传感器可用于两栖人体运动检测和水下通信。此外，我们还证明了实时交通流量监控的可能应用。

文献：https://doi.org/10.1002/admt.202300776