基于导电纤维的扭曲应变传感器,具有高灵敏度和广泛的工作范围,用于人类运动识别和生理活动监测
Leyu Dai1, Zhichao Zhou1, Yingjie Chang1
1College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, 199 Ren-ai Road, Suzhou 215123, P. R. China.
ACS applied materials & interfaces
|October 17, 2025
概括
研究人员开发了一种新的基于扭动纤维的应变传感器 (TFSS),使用热塑性聚氨 (TPU) 与银纳米粒子 (AgNP) 和碳纳米管 (CNT) 纤维. 这种可穿戴电子设备实现了高灵敏度和广泛的工作范围,用于先进的人类运动监控.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 可穿戴电子产品的电子产品
背景情况:
- 高性能应变传感器对于可穿戴电子产品至关重要,但由于材料要求相互矛盾,实现高灵敏度和广泛的工作范围都构成了重大挑战.
- 现有的传感器往往难以平衡高度因子 (GF) 和低检测极限,同时能够承受巨大的压力而不会发生结构性降解.
研究的目的:
- 开发一种能够同时实现高灵敏度和广泛工作范围的新型应变传感器,用于可穿戴电子设备的先进应用.
- 为了克服当前应变传感器所固有的局限性,这些传感器面临着矛盾的性能需求.
主要方法:
- 通过结合嵌入银纳米粒子 (AgNPs) 和碳纳米管 (CNTs) 的热塑性聚氨 (TPU) 纤维,制造基于扭曲纤维的应变传感器 (TFSS).
- 利用独特的扭曲结构和AgNP和CNT的协同效应来提高传感器性能.
主要成果:
- TFSS在广泛的应变范围 (250300%) 中显示了1.05 × 10^5的高标尺系数 (GF).
- 实现了超低的检测极限 (0.02%应变) 和大检测范围 (高达300%应变) 与快速响应时间 (60毫秒).
- 在50%的应变下,在4000次拉伸/释放周期中表现出卓越的传感稳定性和耐用性.
结论:
- 开发的TFSS为高性能可穿戴式应变传感提供了一个有前途的解决方案,解决了对具有高灵敏度和广泛工作范围的传感器的关键需求.
- 传感器在识别人类运动,微表情和生理信号方面的能力突出显示了其对各种智能可穿戴应用的潜力.
