鄭州大學科研突破：石墨烯傳感器助力可穿戴設備與人機交互

高性能柔性應變傳感器在可穿戴設備和健康監測領域有著巨大的應用潛力。然而，開發在寬應變范圍內具有高靈敏度的柔性應變傳感器仍是一項重大挑戰。研究設計了一種具有多孔卷曲結構的纖維膜，作為 TPU/GNPs 柔性應變傳感器的基底材料。這種結構設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絡結構。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%）內具有較高的靈敏度（GF = 4047.5），并表現出優異的傳感性能、穩定性和耐用性（大于 10,000 次循環）。它不僅能捕捉基本動作，還能有效識別和測量彎曲角度，從而實現更復雜的人機交互體驗。這一進步為未來智能可穿戴技術和人機交互提供了可能性，推動了這些領域的發展。

本文報道了一種具有多孔卷曲網絡結構的TPU/GNPs纖維膜，該膜利用其優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，形成具有多孔結構的TPU網絡結構，并通過水洗和無水乙醇刺激壓接。隨后，在超聲波的協助下，GNP有效地附著在孔隙和纖維上。多孔結構有利于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，壓接結構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構，在350%的工作范圍內表現出高達4047.5的出色靈敏度。該傳感器不僅可以區分不同的速率和應變，而且在長期運行（10,000 次循環）后仍能保持出色的穩定性和耐用性。除了出色的性能外，該傳感器還能夠準確監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，在該領域展現出廣闊的前景。這進一步驗證了將多孔和卷曲網絡結構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提供了新的解決方案。

來源：傳感器專家網