PUF/碳基气凝胶复合材料的压阻性能
2021-10-29翟天亮李江浩王兴义柴磊张春梅
翟天亮,李江浩,王兴义,柴磊,张春梅
(1.贵阳学院化学与材料工程学院,贵阳 550005;2.贵州师范学院化学与材料学院,贵阳 550018)
近年来,柔性可穿戴传感材料逐渐成为材料学领域的研究热点[1]。基于柔性材料的压阻传感器具有独特的柔韧性和形变能力,以及多种生物监测功能,例如呼吸、脉搏、血压和关节运动等,在智能传感器、可穿戴监测器件、生物医疗等领域具有广阔的应用前景[2–4]。
柔性压阻传感器可以测量微小应力或应变,可以将力学信号转换为基于电阻变化的电信号[5]。灵敏度(G)是压阻传感器的重要参数,是输出信号变化量与输入信号变化量的比值,计算如式(1)。

式中:ΔR——电阻变化量;
R0——初始电阻;
ε——压缩应变[6]。
当外界应力或应变作用在材料上时,材料中的导电网络会在外界的作用下发生破坏和重建。材料电阻的变化方向,如降低或升高,取决于两者的竞争结果[7–8]。当材料在压应力的作用下,由于导电填料距离缩短或导电微结构间接触点增多,会导致导电通路的增加,从而引起电阻的降低[9]。
碳基气凝胶(CA)具有低密度、高孔隙率、高比表面积和优异的电学性能,在储能、制动器、超吸附和传感器等领域均有巨大应用潜力[10–11]。然而其柔性较差,在受到压应力作用时无法完全恢复至原始尺寸,这严重阻碍了其在压阻传感器领域的应用。为了改善CA的弹性,K.H.Kim 等[12]将石墨烯纳米片涂覆在碳纳米管(CNT)气凝胶的表面制备了超弹性气凝胶,可以经受1×106次压缩循环。Gao Huailing 等[13]通过双向冷冻干燥法制备了氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(CS)复合气凝胶,经过高温热处理后的气凝胶具有波纹薄层状堆砌结构,这种独特的结构赋予了材料优异的弹性和抗疲劳性能。……
