具有可伸縮的、靈敏的纖維狀應(yīng)變傳感器具有穩(wěn)定的傳感性能，是可穿戴電子設(shè)備的理想之選。然而，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模制造這種應(yīng)變傳感器仍然是挑戰(zhàn)。在本文中，我們報(bào)道了一種應(yīng)變傳感器，該傳感器基于熱塑性聚氨酯（TPU）層，通過浸涂工藝包裹了芯-鞘單層碳納米管（SWCNT）還原氧化石墨烯（RGO）/PU復(fù)合纖維。SWCNT和RGO之間的協(xié)同作用有助于在彈性PU芯上形成高度敏感的導(dǎo)電層，而最外面的TPU層則可以保護(hù)導(dǎo)電層免于磨損或分層。結(jié)果表明，在導(dǎo)電層中具有50 wt％RGO的光纖傳感器同時(shí)具有465％的寬感測(cè)范圍，高達(dá)114.7的高應(yīng)變系數(shù)（GF）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性（超過1000個(gè)拉伸循環(huán)）。重要的是，即使在超聲浴中經(jīng)過250分鐘的苛刻處理，光纖傳感器也顯示出高穩(wěn)定性，電導(dǎo)率幾乎沒有變化。還演示了我們的光纖傳感器在監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)（如肘部彎曲、發(fā)聲、脈搏和水下感應(yīng)）中的應(yīng)用。報(bào)道的光纖應(yīng)變傳感器為下一代智能可穿戴設(shè)備提供了很好的選擇。
Figure 1. （a）TPU/SWCNTRGO/PU應(yīng)變傳感器的合成過程。（b）RGO的TEM圖像。（c）具有50 wt％RGO的SWCNT-RGO的TEM圖像。（d）TPU/SWCNT-RGO/PU應(yīng)變傳感器的照片。（e）PU、SWCNT-RGO/PU和TPU/SWCNT-RGO/PU應(yīng)變傳感器的照片。（f）TPU/SWCNT-RGO/PU應(yīng)變傳感器的橫截面光學(xué)顯微照片。
Figure 2. （a,b）不同倍率下，聚氨酯復(fù)絲的SEM圖像。（c,d）不同倍率下，SWCNT-RGO/PU纖維的SEM圖像。（e,f）TPU/SWCNT-RGO/PU纖維在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像。（g,h）TPU/SWCNT-RGO/PU纖維在不同放大倍數(shù)下的截面SEM圖像。
Figure 3. （a）具有不同RGO含量的光纖應(yīng)變傳感器的?R/R
0作為所施加應(yīng)變的函數(shù)。（b）具有50 wt％RGO的光纖應(yīng)變傳感器的?R/R
0和GF作為所施加應(yīng)變的函數(shù)。（c）具有70 wt％RGO的光纖應(yīng)變傳感器的?R/R
0和GF作為所施加應(yīng)變的函數(shù)。（d）具有50 wt％RGO的纖維應(yīng)變傳感器的?R/R
0作為超聲時(shí)間的函數(shù)。（e）在不同應(yīng)變率下，具有50％RGO的光纖應(yīng)變傳感器的?R/R
0作為所施加應(yīng)變的函數(shù)。（f）隨施加應(yīng)變而變化，具有不同導(dǎo)電填料含量的纖維應(yīng)變傳感器的?R/R
0。
相關(guān)研究成果于2021年由東華大學(xué)Yan Wang課題組，發(fā)表在J Mater Sci（https://doi.org/10.1007/s10853-020-05394-9）上。原文：Encapsulated core–sheath carbon nanotube–graphene/polyurethane composite fiber for highly stable, stretchable, and sensitive strain sensor。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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