江南大学魏取福基于TPU电纺膜的高灵敏度和可伸展性应变传感器

　　近年来，柔性电子技术因其在电子皮肤、医疗系统、人机界面和柔性机器人等方面的潜在应用前景而得到了广泛研究。特别是柔性应变传感器在可穿戴设备中的广泛应用越来越受人们的关注。应变传感器具有灵敏度高、拉伸性能好、传感范围广等优点，适用于各种领域。各种应变传感机制，包括压电、电容和压阻传感都得到了发展。可穿戴设备应满足高拉伸性、灵活性、工作应变范围广(从微小区域到较大区域)、耐久性、轻量化、低能耗等要求。
　　电纺纤维具有比表面积大、孔隙率高、直径细、机械弹性好等优点，是一种理想的功能复合材料基材。热塑性聚氨酯TPU易电纺成纤维膜，具有良好的可伸展性、柔韧性和机械强度。原始的TPUEM没有导电性，不能单独用作传感材料。各种导电填料加入TPUEM作为可伸展应变传感器的发展。但是，同时实现高伸展性和高灵敏度，这对于高性能应变传感器的实现仍然是一个巨大的挑战。
　　近日，江南大学魏取福教授和闽江大学Ke huizhen(共同通讯作者）首先利用静电纺丝制备一种热塑性聚氨酯电纺膜（TPUEM），然后通过浸渍碳纳米管（CNT）和银纳米颗粒（AgNPs）吸附和还原设计出TPUEM/CNTs/AgNPs复合物的高灵敏度和可伸展性应变传感器。制备的TPUEM/CNTs/AgNPs应变传感器在输出电阻信号和输入应变之间具有极好的同步性，应变范围可达550%，灵敏度高达7066，在1000次循环以上具有良好的耐久性。此外，所构建的TPUEM/CNTs/AgNPs应变传感器可以检测关节运动、饮水和说话等细微运动和大幅度人体运动，在可穿戴设备中具有广泛的应用前景。相关研究成果以＂Highly Sensitive and Stretchable CNT‐Bridged AgNP Strain Sensor Based on TPU Electrospun Membrane for Human Motion Detection＂为题目发表于期刊Advanced Electronic Materials上。
　　图1 TPUEM/CNTs/AgNPs的制备机理图。
　　论文链接：https://doi.org/10.1002/aelm.201900241
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