东北林业大学李斌和姜大伟团队《JMCA》综述：基于纳米材料的柔性传感器发展现状及应用

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柔性传感器（Flexible Sensor）因其具有的高拉伸性、低模量、易变形、优异生物相容性和低造价等特点，近年来受到了越来越多的关注。柔性传感器可根据应用环境的不同进行弯曲折叠等传统传感器难以达到的形变，在电子皮肤、航空航天、环境监测、可穿戴设备等领域展现了良好的发展潜力。

东北林业大学李斌和姜大伟团队在材料领域TOP期刊Journal of Materials Chemistry A 上发表综述文章 “Emerging flexible sensors based on nanomaterials: recent status and applications” (DOI: 10.1039/d0ta09556g)，论文的第一作者为课题组硕士研究生温楠，通讯作者为东北林业大学姜大伟副教授，李斌教授和美国田纳西大学郭占虎副教授。文章基于柔性基底材料、纳米填料、制备工艺以及应用领域四方面对柔性传感器进行了详细系统的讲解。

图1. 基于纳米材料的柔性传感器的重要组成部分及其应用领域：柔性基底材料、纳米材料、制备工艺。

文章首先介绍了柔性传感器的特点及其所具有的市场价值和发展前景及应用领域。介绍了常用的柔性基底材料包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）以及水凝胶。将含有不同基底材料和不同纳米材料的柔性传感器在制备方法和应用领域中的不同进行了对比和总结。  

表1. 具有不同柔性基底材料和纳米材料的柔性传感器的制备工艺和应用领域

对常用的柔性传感器机理进行了基本的介绍，包括压阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器。作者还对常用的纳米材料添加方法进行了总结并对其优缺点进行了分析，在导电纳米材料制备的导电层外封装柔性材料，可以在保证传感器导电性能和灵敏性的前提下增加传感器的拉伸性和变形性。由于导电层和封装层不能紧密结合，此种方法制备的柔性传感器常面临大应变下的灵敏性下降问题。将导电纳米材料和柔性基底材料混合制备导电纳米复合材料，以此材料制备的柔性传感器在大应变下不再面临导电层和封装层之间分离的问题，但因为柔性基底材料通常不具有导电性，将会使制备的柔性传感器导电性下降。基于以上两种制备方法文章对包括碳纳米管、氧化石墨烯、炭黑等碳基纳米材料和金属纳米材料制备的柔性传感器的制备方法和拉伸性能以及导电性能等进行了对比和总结。

图2. 两种基于纳米材料的柔性传感器结构示意图。A.以纳米材料制备的导电层被封装在柔性材料中制备的传感器。B.将纳米材料和柔性材料混合，以获得的导电纳米复合材料制备的柔性传感器。

柔性传感器可以通过不同的制备工艺进行成型，本篇文章中主要介绍了新兴3D打印技术给柔性传感器带来的新的可能和发展。文章对可用于柔性传感器制造领域的3D打印技术进行了总结，并对其机理进行了简单的介绍，对适用于不同3D打印技术的材料进行了简单的介绍和分类。并对采用挤出原理、光固化原理的3D打印技术制备的柔性传感器的制备流程和性能以及应用进行总结。

图3. FDM(A),DIW(B),DLP(C)3D打印技术的基本原理。(D).可用于FDM打印的材料。(E).可用于DIW打印的材料。(F).可用于DLP打印的材料。

随着柔性材料和纳米材料以及制备工艺的发展，柔性传感器在各个领域有了更大的发展前景。在柔性医疗设备领域的应用中可实现对脉搏等微信号的监测；在可穿戴设备领域的应用中可实现对运动的监测；在软体机器人领域的应用中可赋予机器人对温度和压力的感知。

本篇文章综述了柔性传感器近年来取得的最新进展和研究，对柔性传感器的机理，柔性材料、纳米材料以及制备工艺等进行了总结。最后作者对柔性传感器未来的发展及面临的挑战进行了展望，以期为读者提供较为详尽的柔性传感器领域的发展介绍，为读者提供新的思考方向，有助于柔性传感器的发展。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta09556g#!divAbstract

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