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高分子科学与工程学院华静教授团队在柔性应变传感器研究上取得系列进展

作者:刘金慧 来源:高分子学院 责任编辑:方璇   终审:张岩 点击: 日期:2024-03-04

华静课题组在多年粒子/橡胶表界面的研究基础上,进一步开发了静电自组装法制备高灵敏应变传感器用于复杂环境下人体运动检测的应用,取得了新进展和突破。传感器的稳定性和极端环境耐用性处于国际领先水平。

近年来,由于具有良好的可拉伸性,柔性应变传感器在工业制造和日常生活中受到了广泛关注。提升柔性传感器的灵敏度和可靠性一直是实际应用所迫切需要的。该团队设计了能与MXene进行静电自组装的多壁碳纳米管,制备出导电杂化填料,然后通过液相共混实现了在弹性基体丁基橡胶的良好分散,最终制备出具备高效的三维导电网络的导电聚合物复合材料。组装导电填料是由一维棒状结构和二维片状结构自组装所得到的,在具有较大的电子传输通道的同时又有丰富的接触位点,克服了单填料体系在聚合物基体中由于接触位点少所造成的导电体系不发达的缺点。组装导电填料在聚合物基体中形成了非常发达的三维导电网络。得益于这种特殊的导电网络,传感器表现出非常高的灵敏性(GF=35137)和可靠性(循环1万次以上)。同时,传感器具有宽检测范围(0-431%)和优异的稳定性,在强酸、强碱、高温、低温下均可实现应变传感功能。传感器的制备为如何提高柔性传感器的灵敏度和可靠性提供了解决思路,在可穿戴智能电子领域、健康检测和人机交互等领域有着广泛的应用前景。

1. 柔性应变传感器制备过程图

所设计的基于不同种填料静电自组装得到的具有独特的三维导电网络的传感器将会为复杂环境下的人体运动监测提供思路。

2 应变传感器对各种人体活动的响应模式。(A)面部运(B)眨眼;(C)手指弯曲(D)伸直弯曲的肘部(E)屈膝(F)手腕弯曲手指在不同环境下弯曲(G)低温0℃(H)耐高温45℃(I)70%湿度。

更多信息请参见 Composites Science and Technology(中科院一区TOPIF=9.1)期刊上“Electrostatically self-assembled three-dimensional conductive network for highly sensitive and reliable skin-like strain sensor”为题发表的论文(DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110493)。第一作者为www.69096.com-澳门新葡亰-新萄京娱乐网址2492777高分子科学与工程学院硕士研究生李圣凯,博士汤健,通讯作者为华静教授,刘金慧副教授。此研究工作得到了国家自然科学基金和中石化的支持。


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