采用可控应变分布策略准备的Janus微结构增强模量异质型纤维膜应变传感性能

发布时间:2022年10月05日

电阻型可穿戴应变传感器在医疗保健、人机接口和增强现实系统中的应用具有巨大潜力。然而,电阻信号对应变的非线性响应特征给数据处理和信号转换带来了相当大的困难和复杂性,严重阻碍了其实际应用。

1664964504557390.jpg

在本工作中,我们提出了一种基于高分子二次成型加工原理在弹性体纤维膜上微压印构筑Janus/模量异质型微图案的简单方法,并以此来实现电阻型柔性可穿戴应变传感器在相对较宽的应变范围内具有电阻随应变加载线性且可重复的信号响应特征。具体而言,通过加工中的应力场和温度场作用控制各向同/异性的热塑性弹性体纤维膜局部大分子链的受限扩散与松弛运动,最终形成具有周期性异质模量特征的微图案化Janus纤维膜。由于Janus/模量异质型微结构产生的局部应力集中效应赋予了纤维膜表面在受拉应变时的应力再分配的特性,因此其较直接电纺的弹性体纤维膜具有更低的应变滞后效果、更高的电阻信号线性度,以及更低的应变检测极限。简而言之,通过调整纤维膜表面的微图案大小和纤维的各向异性可以实现其应变传感性能的有效调控。如果将Janus纤维膜应变传感器与无线通信模块相结合,有望在人机接口和智能控制领域得到潜在的应用。

Jin Jia, Yan Peng, Xiang-Jun Zha, Kai Ke*, Rui-Ying Bao, Zheng-Ying Liu, Ming-Bo Yang, Wei Yang*, Janus and Heteromodulus Elastomeric Fiber Mats Feature Regulable Stress Redistribution for Boosted Strain Sensing Performance. ACS Nano, 录用时间:2022930全文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06482