碳纳米管/聚氨酯复合薄膜的制备及其拉伸传感性能
2021-05-10汪文龙王江楠
东华大学学报(自然科学版) 2021年2期
汪文龙, 王江楠, 赵 昕
(东华大学 a.纤维材料改性国家重点实验室;b.材料科学与工程学院,上海 201620)
随着时代的发展,电子测试设备已经被广泛应用于人们的工作和生活,如人工智能机器、智能穿戴设备、疾病诊断和健康监测[1-3]等。然而,传统传感器因其韧性差和质量大已无法满足现代社会的要求,因此研发新一代柔性电子设备已经成为科学界和商业领域关注的一个热点。其中,拉伸应变传感器是指拉伸过程中将应力变化转变为电信号变化的一类传感器,可以感知人体关节拉伸引起的活动,从而应用在需要记录人体活动形变的众多设备中,如电子皮肤、可穿戴器件等。
目前,聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)、热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane, TPU)等具有高弹性、较好的力学强度等性能,是作为传感器中柔性基体的理想材料。碳基纳米材料(如碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)、石墨烯等)、导电聚合物、金属纳米材料以及新型二维材料MXene等均具有良好的力学性能和优异的导电性能,可以作为传感器中的导电纳米材料。通过合理的结构设计和科学的试验方法,将导电纳米材料巧妙地沉积在聚合物基体上[4-6],有望制备超高弹性、高灵敏度、高力学性能等优异综合性能的导电柔性传感器。
棒涂法[7]、旋涂法[8]、静电纺丝法[9]和湿法纺丝[10]等制备方法均可拉伸导电薄膜或线状材料,利用拉伸应变下导电网络的滑移与断裂以实现拉伸过程中电阻的明显增大,从而获得灵敏性[11-12]。其中静电纺丝技术具有装置简单、工艺可控、成本低等诸多优点,能制备具有比表面积大、孔隙率高的纳米纤维薄膜。……
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