可穿戴设备、柔性电子皮肤和机器人技术的发展都需要能以高灵敏度和线性压阻响应同时感知拉伸与压缩应变的柔性机械传感器。然而,以规模化和可定制化方法加工各向同性、电信号可重复性好、能同时监测拉伸与压缩应变的热塑性弹性体导电复合材料基的轻质高性能柔性应变传感器仍然是一个挑战。本工作中,我们提出了一种简单的且可规模化的形态控制工程策略,利用多相聚合物加工中的相分离作用将炭黑(CB)粒子选择性定位于聚氧化乙烯(PEO)/乙烯-α-辛烯随机共聚物(ORC)共混物中,制备了各向同性的三维连续多孔复合材料应变传感器。在去除PEO相后,该复合材料由连续多孔的ORC基体以及均匀镶嵌在其表面的CB纳米颗粒组成,能够以相反的电阻变化识别压缩和拉伸应变。所制备的应变传感器在0-46%的压缩应变范围内表现出线性响应特性,其灵敏度为16.0、检测极限为0.3%、响应/恢复时间为16/16 ms。此外,该传感器在0-300%的拉伸应变范围内具有较大的灵敏因子,对应的拉伸应变检测极限为0.06%、响应/恢复时间为16/47 ms,同时具有较小的滞后效应。基于此,该传感器可以用于全范围的人体运动监测和摩尔斯电码通信。
Tao Gong, Jin Jia, Xiao-Rong Sun, Wu-Di Li, Kai Ke*, Rui-Ying Bao, Wei Yang*, Design strategy for hierarchical structure of carbon black on microporous elastomer surface toward stretchable and compressive strain sensors, Carbon, 2023. 录用时间:2023.02.04。
文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622323000787