用于人-仿生手界面交互的纤维表面纳球模量异质化微结构线性薄膜应变传感器

发布时间:2024年07月05日

可拉伸薄膜应变传感器在医疗保健和人机界面等领域具有广阔的潜在应用前景,但由于检测信号的灵敏度和线性度难以同时调控,以及非线性的响应行为限制了其实际应用。在弹性体纤维膜上构筑模量异质特性微结构可以在一定程度上解决电信号灵敏度和线性度的矛盾问题,但如何在宽应变范围内高效大面积构筑具有明显模量异质特性的微结构实现电信号线性度的调控具有挑战性。本文提出了一种简单的策略,通过调整沉积在电纺热塑性聚氨酯TPU纤维膜上的刚性聚苯乙烯纳球PSNSs的分布,能有效调节可拉伸应变传感器的电信号灵敏度、线性度和应变检测范围。可以通过喷涂次数来简单控制PSNSs的分布情况,同时借助溶剂对TPU的弱膨胀作用和氧化石墨烯(GO)与基底材料以及导电功能材料之间的氢键和π-π堆叠作用,将PSNSs固定在纤维膜上。合适的喷涂次数可以使得所制备的薄膜传感器在0-80%的应变范围内表现出较高的信号灵敏度和线性度,而且对拉伸应变的响应速度快、信号复现性好。这种可拉伸薄膜应变传感器既可以像弹簧秤一样检测力的大小,又在拳击运动指导和人与仿生手指间的体感交互等方面具有良好的应用潜力。

K. D. Wei, H. Q. Shao, K. Ke*, B. Yin*, M. B. Yang, W. Yang, Linear Film Strain Sensors with Nanosphere-on-Fiber Hetero-Modulus Microstructure for Human-Bionic Finger Interfacing. Advanced Materials Technologies 2024, 2400405;

录用时间:2024624  全文链接:https://doi.org/10.1002/admt.202400405