高性能柔性應變傳感器在可穿戴設(shè)備和健康監(jiān)測領(lǐng)域有著巨大的應用潛力。然而，開發(fā)在寬應變范圍內(nèi)具有高靈敏度的柔性應變傳感器仍是一項重大挑戰(zhàn)。研究設(shè)計了一種具有多孔卷曲結(jié)構(gòu)的纖維膜，作為 TPU/GNPs 柔性應變傳感器的基底材料。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計有效地平衡了靈敏度和應變范圍。

利用水洗電紡絲法制備的 TPU-PEO 纖維膜具有多孔的 TPU 框架。隨后，對纖維膜進行無水乙醇刺激，以獲得多孔卷曲的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。通過超聲波處理，GNPs 被修飾在熱塑性聚氨酯纖維膜上。所制得的柔性應變傳感器在較大的應變范圍（350%）內(nèi)具有較高的靈敏度（GF = 4047.5），并表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能、穩(wěn)定性和耐用性（大于 10,000 次循環(huán)）。它不僅能捕捉基本動作，還能有效識別和測量彎曲角度，從而實現(xiàn)更復雜的人機交互體驗。這一進步為未來智能可穿戴技術(shù)和人機交互提供了可能性，推動了這些領(lǐng)域的發(fā)展。

本文報道了一種具有多孔卷曲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的TPU/GNPs纖維膜，該膜利用其優(yōu)異的孔隙率和機械強度來平衡柔性應變傳感器的靈敏度和工作應變范圍。采用靜電紡絲法制備TPU-PEO纖維膜，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的TPU網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并通過水洗和無水乙醇刺激壓接。隨后，在超聲波的協(xié)助下，GNP有效地附著在孔隙和纖維上。多孔結(jié)構(gòu)有利于GNPs導電顆粒的粘附，有效增強了傳感器的電氣和傳感性能。

同時，壓接結(jié)構(gòu)大大擴展了傳感器的工作應變范圍。TPU/GNPs應變傳感器采用多孔和卷曲結(jié)構(gòu)，在350%的工作范圍內(nèi)表現(xiàn)出高達4047.5的出色靈敏度。該傳感器不僅可以區(qū)分不同的速率和應變，而且在長期運行（10,000 次循環(huán)）后仍能保持出色的穩(wěn)定性和耐用性。除了出色的性能外，該傳感器還能夠準確監(jiān)測人體運動和生命體征，甚至可以識別不同的彎曲角度。此外，它還可以應用于元宇宙進行實時人機交互，在該領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。這進一步驗證了將多孔和卷曲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)應用于柔性應變傳感器的可行性，為平衡靈敏度和工作應變范圍的挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。

來源：傳感器專家網(wǎng)