成果简介
物理传感器具有极薄、低模量、轻质设计、超强柔韧性和伸展性等显著特点，正引起人们的极大兴趣。这是因为它们能够有效地测量和量化人类活动产生的电信号。目前制作传感器的方法比较复杂，需要使用大量有机溶剂，对环境和人体健康都不利。本文，浙江理工大学Yuan Yu等研究人员在《Fibers and Polymers》期刊发表名为“Layered Core–Shell Structured Yarn Containing Internal Graphene Layers for Flexible Sensors”的论文，研究提出了一种柔性拉伸传感器，利用分层的石墨烯纳米板，通过一种简单、无溶剂的方法制备而成。所获得的柔性传感器具有显著的特性，如近乎线性的响应、低至0.1%的应变检测限、高达30的应变系数以及可持续1000次以上的超强循环稳定性。此外，这些传感器还被成功应用于可穿戴设备，用于检测人体运动，除了手腕、脚踝和膝盖的大范围运动外，还对吞咽、点击等小范围运动表现出了极高的灵敏度。与大多数已发表的基于石墨烯的传感器不同，本研究采用了一种完全环保的技术，不使用任何有机溶剂，这凸显了可穿戴传感器的巨大潜力。
图文导读
图1、PU-PDMS传感器的制备工艺和照片
图2、SEM图像描绘了PU-PGP传感器在各个阶段的表面和横截面图
图3、a 电气分析设备示意图。b 试验中使用的拉伸装置。c 压缩试验实验中使用的设备。d 压力点
图4、a ）PU-PGP传感器的相对电阻变化曲线从0%应变逐渐拉伸到30%，然后释放到0%。b） PU-PGP传感器从0到30%的相对电阻变化及其灵敏度。c）0.1%应变下PU-PGP传感器的响应时间和恢复时间。d ）PU-PGP传感器从0到35.91 N的相对电容变化曲线。 e ）PU-PGP传感器从0到35.91 N的相对电容变化及其灵敏度。f ）瞬时压力响应时间
图5、a–c ）相对抗性变化响应于0.1%、1%、5%、10%、20%和30%的循环应变。d ）相对抗性变化对10%、20%和30%的循环应变有响应。e） 在10%、20%和30%状态下拉伸的应变的单应力-应变曲线。f） PU-PGP传感器在0.5 N和1 N压力下重复加载/卸载循环期间的相对电容响应。g） 在10%的应变下进行约1000次循环的耐久性试验。插图显示了部分放大倍率
图6、使用PU-PGP传感器检测各种人体运动
图7、PU-PGP传感器在人体运动检测中的应用
小结
综上所述，本文创建了一种线性柔性PU-PGP传感器，该传感器具有一层分层排列的石墨烯纳米板。该传感器是在不使用化学溶剂的情况下制造的，仅依靠石墨烯纳米板和PDMS之间的强静电和范德华力。PU-PGP 光纤传感器具有出色的导电性、高达 30% 应变的宽限感应范围、高灵敏度（GF 为 199.6 至 30% 应变）、380 ms 的快速响应时间以及出色的耐用性和稳定性（在 1000 次循环的多循环测试中得到证明）。这些属性归因于其独特的结构和制备方法。在应用方面，该传感器表现出超高的柔韧性和柔软性，这些特性也决定了该传感器可以高度贴合人体皮肤，并用于监测人体的局部和细微运动，如手腕和膝盖旋转、脉搏跳动、吞咽活动等。本文为未来绿色环保柔性传感器的研究提供了新的思路。
文献：https://doi.org/10.1007/s12221-024-00473-z
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