基于导电自愈合水凝胶可探测极大范围的拉伸应变式传感器

advs198-gra-0001-m为了满足多功能现代电子设备的高速发展,柔性可拉伸、可穿戴以及生物兼容性的电子器件成为了科学研究的热点。电阻型应变式传感器是一种能将机械形变转换为电阻变化的传感元件,可用于机器人、人类运动、健康监测以及疾病治疗等领域。传统基于无机或金属电子导体传感材料的传感器灵敏度高,但是应变探测范围很小。近年来开发的基于离子导体的应变式传感器的应变探测范围得到了很大扩展,但是灵敏度比较低。

最近,新加坡南洋理工大学材料系 Lee Pooi See (李佩诗)教授及其研究团队在探测大范围的拉伸应变式传感器方面的研究取得重要进展,成功解决了这些难题。他们结合了水凝胶的极大可拉伸性、自愈合性和一些电子导体(碳纳米管,石墨烯和银纳米线)的高灵敏性,制备出了可自愈合、探测范围极大的拉伸应变式传感器。该电阻应变式传感器保持了水凝胶的极大拉伸应变范围(1000%)、较快的自愈合速度(<3.2 s)、高自愈合效率(98±0.8%)和电子导体比较高的灵敏度(1.51)。在实时的探测中,该传感器可以准确的感应人体的各种活动,比如手指的弯曲运动、颈部运动、胳膊肘部运动和大范围的腿部关节活动。该传感器具有广泛的应用前景,这一研究成果也给探测大范围的拉伸应变式传感器提供了新的研究思路。相关论文由该组研究员蔡国发博士在线发表在Adv. Sci. 2016, 1600190。