杭师大《Carbon》：高拉伸多孔热塑性聚氨酯/碳纳米管复合材料作为多模态传感器

1成果简介 

导电聚合物复合材料 (CPC) 可以设计成可拉伸传感器，因其具有灵活性和对外部刺激的响应。然而，基于传统CPC的传感器通常检测限不理想，感应范围窄，限制了其实际应用。本文，杭州师范大学朱雨田教授课题组在《Carbon》期刊发表名为“Highly-stretchable porous thermoplastic polyurethane/carbon nanotubes composites as a multimodal sensor”的论文，研究设计了一种基于由热塑性聚氨酯 (TPU) 和碳纳米管 (CNT) 组成的多孔CPC的新型多模式传感器。该传感器可用于检测应变、压力和温度的刺激。

作为应变传感器，由于高度可拉伸的 TPU 骨架与微裂纹 CNT 导电层锚定，因此可同时实现超低检测限 (0.01%) 和超宽传感范围 (0.01%–900%)。据我们所知，与先前报道的基于 CPC 的应变传感器相比，应变传感器具有最低的检测限和最宽的感应范围。同时，由于多孔 TPU 骨架和 CNT 网络在循环压缩和释放过程中的可逆变化，该传感器还可以对不同的压力刺激输出可重复的电响应。更有趣的是，所制备的传感器还能够监测呼吸，因为它具有出色的线性负温度系数效应。可以肯定的是，这种高度可拉伸的传感器在人体运动监测、个人健康监测和人机交互方面具有巨大潜力。

2图文导读  

图1。TPU@CNT多孔复合材料的制备过程。

图2、TPU骨架和TPU@CNT复合材料的表面和横截面的SEM图像

图3。(a) TPU@CNT 传感器的相对电阻变化曲线 ( ΔR/R 0 ) 与施加应变的关系。(b-e) TPU@CNT传感器在0.01%和900%应变下循环拉伸-释放过程中的ΔR/R 0曲线。TPU@CNT传感器的ΔR/R 0曲线在梯度增加应变从0.1%到1%，梯度为0.1%或梯度增加应变从10%到100%，梯度为10%。(f) 我们工作中先前报道的应变传感器与 TPU@CNT 复合材料。可以看出，与以前的工作相比，TPU@CNT 复合材料具有最低和最高的应变检测限。

图4、TPU@CNT复合材料的压力传感特性

图5。TPU@CNT复合材料在检测人体活动和一些生理信号时的ΔR/R 0曲线。

3小结 

本文通过VIPS和超声锚固技术实现了一种可用作多模态传感器、应变传感器、压力传感器或温度传感器的高拉伸多孔TPU@CNT复合材料。所制备的传感器可以感知拉伸和压缩的触觉刺激。此外，该传感器还具有出色的温度传感性能，具有线性 NTC效应。考虑到这些卓越的多感官功能，所制备的基于3D多孔 TPU@CNT复合材料的多模态传感器在电子皮肤、可穿戴电子产品和人机交互领域具有巨大潜力。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.04.033

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来源：文章来自carbon网站，由材料分析与应用整理编辑。

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