南京工业大学黄维院士、于海东、孙庚志和吕刚教授团队《ACS Nano》：在高性能泡沫状应变传感器研究方面取得进展

点击上方“蓝字” 一键订阅

传统的应变传感器通常由金属或半导体材料制备，其拉伸范围有限（通常小于5%），不适合在可穿戴设备中使用。泡沫式柔性应变传感器因其重量轻、透气性好、灵敏度高备受人们关注，可以作为一种可穿戴传感器，用于监测人体的关节运动、声带振动等信号，在柔性电子领域展现了巨大的应用前景。然而，目前开发的泡沫式柔性应变传感器很难既具有很高灵敏度又具有很宽检测范围，限制了其广泛的应用。因此，亟需开发具有更宽工作范围和更高灵敏度的高性能的新型泡沫式柔性应变传感器。

为了同时提升泡沫式柔性应变传感器的灵敏度和工作范围，南京工业大学先进材料研究院的黄维院士、于海东、孙庚志和吕刚教授团队结合盐模板法和浸涂法，制备了由热塑性聚氨酯(TPU)、多壁碳纳米管（MWCNTs）和Ti₃C₂T_x MXene构成的导电泡沫式材料；该TPU/MWCNTs@MXene泡沫式材料可以用来制备一种轻质、易加工、极灵敏的柔性应变传感器，在可穿戴传感器方面具有广阔的应用前景。

图1. 泡沫式柔性应变传感器的制备流程

将上述TPU/MWCNTs@MXene导电泡沫式材料用来制备压阻式应变传感器，该器件表现出了高达100％的传感范围、很高的灵敏度（GF = 363）和优异的循环稳定性；上述性能优于已有报道的泡沫式应变传感器。此外，这种新型泡沫式材料具有优良的透气性能和与皮肤相近的弹性模量，可以大幅度提升用来制备可穿戴传感器的舒适性。

为了展示该导电泡沫式材料在可穿戴式应变传感器研究的应用，研究者将其贴附于人体的不同部位来检测人体运动。这种应变传感器不仅对大幅度的运动（比如肩关节、肘部和膝盖的曲伸）具有出色的响应能力，还可以用来捕获微弱的生理信号（比如声带振动和手指弯曲）。

图2. 应变传感器用于监测人体运动。（a-c）穿戴式传感器对（a）肩关节；（b）肘部；（c）和膝盖弯曲的响应信号变化；（d）口腔张开/闭合传感器的实时相对电阻变化；（e）在发单词“I”、“A”和“M”时，传感器对声带振动的响应；（f）手指弯曲的响应信号变化

为了探索该泡沫式柔性应变传感器在手势识别和人机交互中应用前景，研究者还将多个传感器分别安装在五根手指上，手势变化时可以测得不同的信号，表明该传感器可用于监测手势变化，在手势识别、手势控制等人机交互相关的应用中具有巨大的应用潜力。

图3. TMMF应变传感器在手势识别中的应用

以上成果发表于ACS Nano，论文的文章作者为王红晨，周瑞聪，李东海，张林荣，任国章，王丽，刘金华，王德阳，唐振华；通讯作者为黄维院士、于海东教授、孙庚志教授和吕刚教授。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00259

相关进展

黄维院士和赵强教授团队：光热响应型单线态氧载体用于乏氧肿瘤持续光疗新进展

南京邮电大学赵强教授、马云副教授课题组：响应行为可控的热致变色材料用于安全打印

华中科技大学舒学文教授、朱锦涛教授和南京邮电大学赵强教授合作：关于穿膜肽用于延迟荧光纳米粒子跨膜转运的研究进展

黄维院士、林进义教授团队：动态超分子氢键作用实现刚性共轭聚合物薄膜本征可拉伸性及其多级结构调控

黄维院士团队：有机小分子的多彩长余辉发光

西北工业大学黄维院士团队《Science Advances》：在调控光致变色响应行为用于安全打印领域的新成果

西北工业大学黄维院士、安众福教授团队：多晶型依赖的动态超长有机磷光

西北工业大学黄维院士、安众福教授团队与南洋理工大学赵彦利教授合作《Nat. Commun.》：多彩聚合物长余辉研究新成果

Nature Photonics《自然•光子学》报道黄维院士、安众福教授团队 首例多彩有机“夜明珠”
西北工业大学黄维院士团队在高效稳定层状钙钛矿太阳能电池最新突破性进展

南京邮电大学黄维院士团队赖文勇教授课题组：喷墨印刷高性能柔性微型超级电容器

西北工业大学黄维院士课题组等钙钛矿发光二极管新成果

西北工业大学黄维院士团队在《自然》发文发现全无机钙钛矿纳米晶闪烁体

南京工业大学先进材料研究院黄维院士、刘举庆教授课题组：基于界面工程调控聚合物阻变存储器转变电压的新策略

南京工业大学黄维院士和林进义副教授团队在宽带隙聚合物发光半导体及其光电子器件方面取得一系列进展

南京工业大学黄维院士和王建浦教授团队在钙钛矿领域取得最新研究进展

南京工业大学黄维院士、黄晓教授课题组：层状材料异质结研究新成果

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多