广西大学徐传辉教授课题组《Adv. Mater.》：高性能橡胶基柔性可穿戴多功能传感器

点击上方“蓝字” 一键订阅

近年来，柔性可穿戴功能传感器的迅速发展改变了传统的医疗诊断模式，赋予其可穿戴、舒适、远程操作、及时反馈等综合特性，推动了可穿戴人体活动监测和个人健康管理的出现。在众多可穿戴传感器的应用中，应变传感和温度传感是重要的研究方向。应变响应的高灵敏度是准确检测人体引起的细微运动（例如脉搏和心跳）到关节、肌肉大尺度动作的关键。同时，实时且连续的皮肤温度监测对于预测人体和热环境的认知状态以及疾病的早期诊断至关重要。一般来说，为了满足全人体运动检测和实时温度变化监测的基本要求，传感器不仅要具备宽广的响应范围和全工作范围内的高灵敏度，还必须具备较高的电阻温度系数和温度分辨力。然而，目前大多数可穿戴传感材料的实际应用普遍受限于柔性拉伸、灵敏度与力学强度不理想，导电率较低、热敏性差以及感官功能单一等问题。

近期，广西大学徐传辉教授课题组设计了一种以橡胶为基材，具有高灵敏度、低检测限、高温度系数和高力学强度的多功能柔性传感器材料。该橡胶复合材料由羧基丁苯橡胶（XSBR）与天然高分子丝胶（SS）非共价键修饰的碳纳米管（CNTs）通过加工手段调控胶乳复合成膜制备（如图1）。

图1 XSBR/SSCNT传感器的制备与形貌表征

其中SS来源蚕丝属可再生资源，能够提高碳纳米管在橡胶基体中的分散性，而不会对CNTs造成任何化学破坏。由此制备的XSBR/SSCNT传感器能够检测细微和大的变形，具有217%伸长率、12.58 MPa拉伸强度、25.98 高灵敏度（即应变系数）、1% 应变低检测限，0.071 S/m高电导率和 0.504 wt%渗透阈值（如图2）。

图2 XSBR/SSCNT传感器的导电性以及灵敏性

此外，XSBR/SSCNT传感器还具有令人满意的热敏性（0.01636 ℃^-1）和出色的温度响应（如图3）。

图3 XSBR/SSCNT传感器的温度传感特性及机制

不仅可检测人体手指、手腕、肘部和膝盖弯曲等大变形运动，还可快速对人体细微动作如脉搏、面部表情、说话和呼吸等做出准确响应。此外，XSBR/SSCNT传感器还可用于人体体温测量（如图4、5）。

图4 XSBR/SSCNT作为可穿戴传感器的真实演示

图5 XSBR/SSCNT可穿戴传感器的实际应用

综上，该橡胶复合材料应用于传感器具有实时和原位生理信号的集成跟踪能力，为开发可穿戴人工智能在人体健康和运动监测方面提供了新途径。

相关成果近期以“A High-Performance, Sensitive, Wearable Multifunctional Sensor Based on Rubber/CNT for Human Motion and Skin Temperature Detection”为标题发表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2021, 2107309）上。论文的第一作者为广西大学化学化工学院硕士生林梦转，通讯作者为徐传辉教授。该研究得到国家自然科学基金资助。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107309

相关进展

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