背景概述
本文研究了基于不同结构的还原氧化石墨烯非织造布 (rGNF) 的应变传感性能。作者通过湿法纺丝、高速剪切、醇水溶胀和高温还原等工艺制备了具有不同结构的 rGNF，并将其与热塑性聚氨酯 (TPU) 复合，得到了具有可调应变传感性能的 rGNF/TPU 复合材料。研究发现，通过调节溶胀液中醇水的比例，可以精确控制 rGNF 的结构，从而实现对复合材料应变传感性能的精细调控。其中，溶胀比为 87% 的样品在 49.5% 应变下实现了 265.4 的应变系数，并在 10% 应变下仍保持了 32 的灵敏度，实现了灵敏度和应变范围的平衡。该研究为开发具有高性能、可定制应变传感性能的柔性复合材料提供了新的思路，有望应用于柔性电子、可穿戴设备和下一代创新技术等领域。
图文导读
图1. (a) rGNF/TPU复合材料的制作过程。SEM图像展示了不同膨胀比率导致的rGNF结构变化，以及对应的三维示意图：(b) 87%SR; (c) 131%SR; (d) 211%SR; 标尺：100μm。
图2. (a) 5%SR、87%SR、131%SR、211%SR、328%SR rGNF/TPU复合材料应变传感性能。(b) 87%SR rGNF/TPU复合材料的电阻变化和应变GF。(c) 87%SR rGNF/TPU复合材料的GF值和可工作应变传感范围与最近文献中报道的相比。(d) 87%SR rGNF/TPU复合材料的应变恢复响应时间。(e) 87%SR rGNF/TPU复合材料在不同应变2%-30%下的拉伸和释放循环响应。(f) 87%SR rGNF/TPU复合材料在20%应变下1000周期的机械耐久性。
图3. 87%SR复合材料在0-40%拉伸应变下的情况：(a) rGNF/TPU的高分辨率相机图像，标尺：500μm；(b) rGNF/PDMS的原位SEM图像，标尺：100μm；(c) rGNF/TPU结构变化的3D示意图。
图4. 87%SR rGNF/TPU复合材料的应用：(a) 人们在说话时的喉咙；(b) 手腕脉搏测试；(c) 手肘弯曲；(d) 室温下的手指弯曲；(e) -3℃温度下的手指弯曲；(f) 慢跑时膝盖的反应；(g) 室温下的手腕弯曲；(h) -3℃温度下的手腕弯曲；(i) 行走时脚的反应。
图5. 87%SR rGNF/TPU复合材料在打字系统中的应用：(a) rGNF/TPU复合材料粘贴在手指上的示意图；(b) 打字系统的设备连接方法；(c) 打字系统的工作原理。(d) 在打字系统中输入USTB字母后的电压图。(e) 打字系统在微信中的实际应用。(f) 医院患者使用打字系统的演示示意图。
文章信息
期刊：Chemical Engineering Journal
题目：High-sensitivity and large-strain graphene non-woven fabric composites for multifunctional application
作者：Haijun Tang, Liangjie Zhou, Zheng Chen, Yangyang Zong, Kangmin Niu
接受日期：First published: 19 February 2025
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160837
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