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一种具有良好柔韧性和透气性的全织物压阻传感器
发布日期:2023-11-29 浏览次数:369

      尽管织物基压力传感器已经取得了一系列重要进展,但是导电物质与纤维之间的兼容性差、黏附度弱,易导致在摩擦、洗涤时导电涂层破裂和脱落,使传感器的导电性下降,破坏其长期稳定性,缩短寿命。

      近期,东华大学研究团队基于碳纳米管(CNTs)和双组分纤维非织造材料制备了低成本且可批量化生产的3D全织物压阻传感器。其由多层全织物结构组成,呈现出优异的传感性能、良好的柔韧性和透气性,可用于人体生命活动(如脉搏、关节运动等)以及食指弯曲运动的无线监测。在可穿戴电子、健康监测、人机交互等新兴领域展现出广阔的应用前景。

      研究人员以聚乙烯(PE)切片和亲水性切片(含量为5 wt.%)为鞘层,聚丙烯(PP)切片为芯层,将工业化纺丝成网与热风粘合技术相结合制备了亲水性PP-PE双组分纺粘非织造材料(PP-PE NWs),再通过浸渍方法和原位热焊接技术将CNT网络固定在PP-PE纤维的表面,多层叠加制备出3D全织物压阻传感器。PP-PE纤维的芯鞘截面结构经热风处理后,相邻纤维间形成了粘合点,呈现出良好的机械性能,满足可穿戴压阻传感器的需求。


      研究发现,热焊接温度低(120 ℃),CNT难嵌入PP-PE纤维,导致CNT/PP-PE NWs的耐摩擦和耐水洗色牢度差;热焊接温度过高(140 ℃),使大部分PE与CNT导电网络混合,耐摩擦和耐水洗色牢度强,但绝缘性的PE会阻隔CNT网络的相互连接,导致CNT/PP-PE NWs的电阻明显增大。因此,130 °C为最佳热焊接温度。


      研究人员发现当CNT/PP-PE NWs的数量从1增至7时,传感器的灵敏度明显提高,透气性从1382.12 mm/s降低至465.57 mm/s。为了准确获取人体的生命活动,当设定CNT/PP-PE NWs的层数为5时,传感器显示出高灵敏度,良好的透气性,优异的稳定性。


      研究人员将该压力传感器固定于人体身体的不同部位,成功获取了人体生理信号(如脉搏、呼吸频率和咳嗽)和运动信号(如肌肉收缩和膝关节弯曲)。


      据悉,该项研究以“Low?Cost, Scalable Fabrication of All?Fabric Piezoresistive Sensors via Binder?Free, In?Situ Welding of Carbon Nanotubes on Bicomponent Nonwovens”为题发表在Advanced Fiber Materials上。

(来源:Advanced Fiber Materials)

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