浙江大學：研發石墨烯/碳納米管/PDMS復合材料的柔性水生觸覺傳感器

水下對各種力的感知在水上探險活動中具有重要意義，而柔性觸覺傳感器的實現面臨技術挑戰。本文，浙江大學汪延成 教授 團隊在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發表名為“Waterproof and Flexible Aquatic Tactile Sensor with Interlocked Ripple Structures for Broad Range Force Sensing"的論文，研究介紹了一種基于防水石墨烯（GR）/碳納米管（CNT）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）復合材料的新型柔性水下觸覺傳感器。所制備的石墨烯/碳納米管/PDMS 復合材料具有優異的疏水和機電性能，水接觸角超過 134°，測量系數高達2296，是水下大范圍力傳感的理想壓阻傳感材料。所提出的觸覺傳感器具有3×3個傳感單元，并采用雙互鎖水波紋結構來提高靈敏度和力檢測范圍。

制成的觸覺傳感器具有兩種不同的靈敏度：在 0.062-150 kPa 時靈敏度高，為 0.0338 kPa-1；在 150-450 kPa 時靈敏度低，為 0.00357 kPa-1。此外，該傳感器在水生環境中表現出的電阻響應、快速動態恢復以及機械和電氣穩定性。然后，將水生觸覺傳感器佩戴在人的手掌上，檢測抓取不同形狀和硬度的物體時接觸力的分布和變化，展示了所開發的水生觸覺傳感器在水下應用于大范圍力傳感的潛力。

綜上所述，我們提出了一種新型柔性水上觸覺傳感器，該傳感器采用雙互鎖水波紋結構，以提高其力感應靈敏度和范圍。我們制備了防水的 GR/CNT/PDMS 復合材料作為傳感材料，并使用 PPMS 改善了 GRs 和 CNTs 在 PDMS 基材中的分散性。材料測試表明，GR/CNT/PDMS 復合材料具有優異的疏水性能，即使在 40% 的拉伸應變下，水接觸角也超過 134°。在 128%的拉伸應變下，復合材料的 GF 值為 2296，遠高于 AgNF/PDMS 電極在 140% 拉伸應變下的12GF 值。表征測試表明，水生觸覺傳感器具有兩種靈敏度，可進行廣泛的力感應：在 0.062-150kPa 時靈敏度高，為 0.0338kPa-1；在 150-450 kPa 時靈敏度低，為 0.00357kPa-1。

此外，該觸覺傳感器還具有良好的電阻響應、快速恢復和穩定的水下重復性。水下物體抓取實驗表明，所開發的水下觸覺傳感器能夠準確檢測抓取不同形狀和硬度物體時的接觸力分布。在今后的工作中，將進行水下觸覺傳感器的結構設計，以便與水下機器人技術相結合，并將水下觸覺傳感器應用于深水下的物體操作。

來源：傳感器專家網