成果简介
近年来，可穿戴电子设备和人机交互领域对柔性应变传感器的兴趣大增。然而，随着这些领域的不断快速发展，迫切需要提高柔性应变传感器的综合性能，包括灵敏度、感应范围、响应速度和耐用性。本文，中南大学卢知来 特聘副教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名字为“High Performance Strain Sensor Based on Carbon Black/Graphene/Ecoflex for Human Health Monitoring and Vibration Signal Detection”的论文，研究通过将炭黑/石墨烯（CB/Gr）导电纳米复合材料转移到 Ecoflex 柔性基底表面来解决这一问题。由此制成的柔性应变传感器灵敏度高，测量系数达 51.4，传感范围广，可达 100%。
值得注意的是，这种传感器在各个方面都表现出了高性能，包括快速响应时间（60毫秒）和出色的耐用性（高达4000次拉伸-释放循环）。该传感器的多功能性体现在它既能有效监测语音识别等小应变活动，也能有效监测肘部弯曲等大应变活动。此外，该传感器在人体健康和运动状态监测以及声波和振动信号检测等各种应用场景中都表现出卓越的性能。因此，这凸显了该传感器在这些领域的显著适应性和广泛应用潜力。
图文导读
图1.传感器的制备过程和传感器的基本特性示意图。
图2.不同CB和Gr比传感器的导电层附着力和灵敏度比较。
图3.传感器的传感机理和相对电阻变化
图4.传感器的综合性能。
图5.该传感器用于监测各种应变传感器。
小结
综上所述，通过将炭黑/石墨烯（CB / Gr）导电纳米复合材料沉积在用砂纸倒置的Ecoflex柔性基板上来制备柔性应变传感器。该传感器在感应范围、灵敏度、耐用性、响应时间和迟滞方面表现出卓越的性能。它的最大灵敏度为 51.4，应变范围为 0–100%，即使在大应变条件下也被证明具有高度灵敏度。此外，该传感器在 4000 多次拉伸-释放循环中表现出出色的耐用性。它还拥有60毫秒的快速响应时间，确保实时监控能力。滞后极低，仅为6.6%。该传感器的多功能性体现在它能够准确监测各种应变，从语音识别和振动信号检测等细微运动到肘部弯曲和脊柱弯曲等更明显的运动。在整个感应范围内，传感器保持稳定可靠的性能。这些出色的功能使其在各个领域的应用非常有利，包括人机交互、人体健康和运动监测以及声波和振动信号识别。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03718
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