基于双向拉伸制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合薄膜的高性能柔性压阻传感器

• 作者: 向东 张学忠 陈小雨 武元鹏 叶勇 张杰 赵春霞 李云涛 王俊杰
• 来源期刊: 复合材料学报
• 学科: 工学
• 关键词: 双向拉伸 应变传感器 自组装 还原氧化石墨烯 碳纳米管
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 功能复合材料|Functional Composite
• 页码范围: 1120-1130
• 页数: 11页
• 分类号: TB332
• 语种: 中文
• DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210623.001

摘要

随着现代科技的快速发展及人们生活水平的提高,柔性压阻传感器在人体健康监测、智能机器人、可穿戴电子设备和人机交互等方面展现了巨大应用潜力.本文采用Hummer's法制备了还原氧化石墨烯(rGO),其后通过静电组装将碳纳米管(CNT)负载在rGO的表面上,并将其引入热塑性聚氨酯(TPU)基体中制备成导电纳米复合材料.此外,采用逐次双向拉伸技术实现了基体中纳米填料的进一步分散和平行取向,并基于所获得的复合薄膜研制出了一种可监测微小应变的高性能柔性压阻传感器.研究发现,rGO-CNT/TPU4×4传感器(拉伸比为4×4)在保持高灵敏度(1.5％应变的情况下灵敏度(GF)=46.7)和高线性度(R2=0.98)的同时,能够适用于不同应变和频率变化,并且在循环加载测试中展出优异的稳定性和可重复性.该柔性压阻传感器可以用于识别细微的人体生理活动,包括脉搏和呼气等.此外,还设计制备了一个可压缩的传感器阵列来监测在不同压力下的信号变化情况.本研究对于高性能柔性压阻应变传感器的快速宏量制备及结构与性能调控具有重要的科学指导意义.