南昌工程学院《Phys. Status Solidi A》：开发用于多种人体运动监测的碳基柔性应变传感器

1成果简介 

柔性电子产品的快速发展极大地促进了个性化的健康监测，并由此催生了多样化的可穿戴电子设备。作为柔性电子器件的关键功能部件，柔性应变传感器得到了大量的研究工作，并被广泛应用于电子皮肤、人机交互和结构健康监测等各个领域。本文，南昌工程学院唐刚副教授团队在《Phys. Status Solidi A》期刊发表名为“Development of a Carbon-Based Flexible Strain Sensor for Diverse Human Motion Monitoring”的论文，研究采用碳基材料，包括碳纳米管（CNTs）、炭黑和石墨烯作为功能材料，通过溶液混合法与弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体混合。由于其独特的结构和分散能力，设计了一个桥岛结构，使衍生的传感器同时具有100%的良好伸展性和8.99的灵敏度。

这些结果为解决由单一碳基填充材料制备的柔性应变传感器和其他类似的应变传感器所带来的灵敏度-伸展性折衷的困难提供了潜在的策略。此外，通过NRF52805蓝牙通信芯片实现柔性应变传感器和手机之间的互通系统，可以实时监测各种身体运动，展示了建立远程健康监测和管理系统的广阔前景。

2图文导读  

图1、a） 多壁碳纳米管（MWCNTs）/GNP/导电炭黑（CCB）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料及其应变传感器的制备工艺图;b） 拉伸到最大之前复合材料的照片;c） 拉伸到最大后的复合材料照片;d） 扭曲复合材料。

图2、MWCNTs/GNP/CCB/PDMS复合材料电导率与MWCNTs/GNP/CCB填料体积分数的关系。

图3、碳基柔性应变传感器电阻变化与拉伸应变的关系

图4、MWCNTs/GNPs/CCB/PDMS柔性电阻应变传感器的特点

图5、MWCNTs-2/GNPs-4/CB-4/PDMS传感器在人体运动检测中的应用

图6、远程健康监测管理图示

3小结 

本文将MWCNTs、GNPs和CCB填料填充到柔性PDMS矩阵中，制备了柔性电阻应变传感器，该传感器可拉伸至100%，GF高达8.99，线性度优异（R2= 0.99），以及良好的灵活性和重复性。与基于单一碳基敏感材料的柔性应变传感器相比，该传感器同时具有出色的灵敏度、良好的拉伸性、高稳定性和优异的线性度。在不同应用场合的实际测试中，该传感器在各种身体运动监测中显示出巨大的潜力。通过柔性传感器与NRF52805蓝牙通信芯片的结合，在构建远程健康监测和管理系统方面也显示出广阔的前景。此外，简单而经济的制造程序使柔性应变传感器能够批量生产并以大规模和具有成本效益的方式应用于运动监测。

文献：

https://doi.org/10.1002/pssa.202200617

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来源：文章来自Phys. Status Solidi A网站，由材料分析与应用整理编辑。

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