弹性纤维表面原位构建高模量纳米球的传感器用于线性应变传感

发布时间:2021年11月10日

可穿戴式传感器在柔性电子设备中发挥着越来越关键的作用,能够实现人机交互、健康监测和机器学习等智能应用。其中,在相对较宽的应变范围内,可控和均一的应变灵敏度对于直接和有效地分析目标变形的信号反馈至关重要。但是,目前较多的研究倾向于高度非线性的响应,因此不能提供有效、直接和快速的目标状态变化反馈,即通常需要通过特定系统对信号进行复杂的后处理来修正。

在本工作中,我们报告了基于材料模量选择和结构力学分析而设计的弹性体纤维基应变传感器。其中弹性体纤维表面是由塑料纳米球修饰的,并且具有实现表面应变分布式控制的能力。表面力学分析证实,纤维表面具有可控的应变能量释放区域,由此有效地限制了导电路径中的微裂纹扩展,进而改善了传感性能的稳定性。特别是,带有高密度纳米球的纤维基传感器显示出非常低的灵敏度变化波动(应变≤30%时为±0.05),即对应变的电阻反应具有良好的线性行为。此外,由于表面存在PVDF纳米球,这样的纤维基应变传感器除了可以应用于人机交互和智能控制的实时传感,还可以应用于疏水性多孔弹性包装材料和自供能设备。

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Jin Jia, Jun-Hong Liu, Shan Wang, Xiang-Jun Zha, Kai Ke*, Zheng-Ying Liu, Petra Pötschke, Ming-Bo Yang, Wei Yang*, In-situ construction of high-modulus nanospheres on elastomer fibers for linearity-tunable strain sensing, Chemical Engineering Journal, 2021, 133488, 全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721050622。录用时间:2021.11.04.