成果簡介
柔性電子產品的快速發展極大地促進了個性化的健康監測，並由此催生了多樣化的可穿戴電子設備。作為柔性電子器件的關鍵功能部件，柔性應變傳感器得到了大量的研究工作，並被廣泛應用於電子皮膚、人機互動和結構健康監測等各個領域。本文，南昌工程學院唐剛副教授團隊在《Phys. Status Solidi A》期刊發表名為「Development of a Carbon-Based Flexible Strain Sensor for Diverse Human Motion Monitoring」的論文，研究採用碳基材料，包括碳納米管（CNTs）、炭黑和石墨烯作為功能材料，通過溶液混合法與彈性聚二甲基矽氧烷（PDMS）基體混合。由於其獨特的結構和分散能力，設計了一個橋島結構，使衍生的傳感器同時具有100%的良好伸展性和8.99的靈敏度。
這些結果為解決由單一碳基填充材料製備的柔性應變傳感器和其他類似的應變傳感器所帶來的靈敏度-伸展性折衷的困難提供了潛在的策略。此外，通過NRF52805藍牙通信晶片實現柔性應變傳感器和手機之間的互通系統，可以實時監測各種身體運動，展示了建立遠程健康監測和管理系統的廣闊前景。
圖文導讀
圖1、a） 多壁碳納米管（MWCNTs）/GNP/導電炭黑（CCB）/聚二甲基矽氧烷（PDMS）複合材料及其應變傳感器的製備工藝圖;b） 拉伸到最大之前複合材料的照片;c） 拉伸到最大後的複合材料照片;d） 扭曲複合材料。
圖2、MWCNTs/GNP/CCB/PDMS複合材料電導率與MWCNTs/GNP/CCB填料體積分數的關係。
圖3、碳基柔性應變傳感器電阻變化與拉伸應變的關係
圖4、MWCNTs/GNPs/CCB/PDMS柔性電阻應變傳感器的特點
圖5、MWCNTs-2/GNPs-4/CB-4/PDMS傳感器在人體運動檢測中的應用
圖6、遠程健康監測管理圖示
小結
本文將MWCNTs、GNPs和CCB填料填充到柔性PDMS矩陣中，製備了柔性電阻應變傳感器，該傳感器可拉伸至100%，GF高達8.99，線性度優異（R2= 0.99），以及良好的靈活性和重複性。與基於單一碳基敏感材料的柔性應變傳感器相比，該傳感器同時具有出色的靈敏度、良好的拉伸性、高穩定性和優異的線性度。在不同應用場合的實際測試中，該傳感器在各種身體運動監測中顯示出巨大的潛力。通過柔性傳感器與NRF52805藍牙通信晶片的結合，在構建遠程健康監測和管理系統方面也顯示出廣闊的前景。此外，簡單而經濟的製造程序使柔性應變傳感器能夠批量生產並以大規模和具有成本效益的方式應用於運動監測。
文獻：
https://doi.org/10.1002/pssa.202200617