具有可伸縮的、靈敏的纖維狀應變傳感器具有穩(wěn)定的傳感性能，是可穿戴電子設備的理想之選。然而，對于實際應用而言，簡單且經(jīng)濟地大規(guī)模制造這種應變傳感器仍然是挑戰(zhàn)。在本文中，我們報道了一種應變傳感器，該傳感器基于熱塑性聚氨酯（TPU）層，通過浸涂工藝包裹了芯-鞘單層碳納米管（SWCNT）還原氧化石墨烯（RGO）/PU復合纖維。SWCNT和RGO之間的協(xié)同作用有助于在彈性PU芯上形成高度敏感的導電層，而最外面的TPU層則可以保護導電層免于磨損或分層。結(jié)果表明，在導電層中具有50 wt％RGO的光纖傳感器同時具有465％的寬感測范圍，高達114.7的高應變系數(shù)（GF）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性（超過1000個拉伸循環(huán)）。重要的是，即使在超聲浴中經(jīng)過250分鐘的苛刻處理，光纖傳感器也顯示出高穩(wěn)定性，電導率幾乎沒有變化。還演示了我們的光纖傳感器在監(jiān)測人體運動（如肘部彎曲、發(fā)聲、脈搏和水下感應）中的應用。報道的光纖應變傳感器為下一代智能可穿戴設備提供了很好的選擇。
Figure 1. （a）TPU/SWCNTRGO/PU應變傳感器的合成過程。（b）RGO的TEM圖像。（c）具有50 wt％RGO的SWCNT-RGO的TEM圖像。（d）TPU/SWCNT-RGO/PU應變傳感器的照片。（e）PU、SWCNT-RGO/PU和TPU/SWCNT-RGO/PU應變傳感器的照片。（f）TPU/SWCNT-RGO/PU應變傳感器的橫截面光學顯微照片。
Figure 2. （a,b）不同倍率下，聚氨酯復絲的SEM圖像。（c,d）不同倍率下，SWCNT-RGO/PU纖維的SEM圖像。（e,f）TPU/SWCNT-RGO/PU纖維在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像。（g,h）TPU/SWCNT-RGO/PU纖維在不同放大倍數(shù)下的截面SEM圖像。
Figure 3. （a）具有不同RGO含量的光纖應變傳感器的?R/R
0作為所施加應變的函數(shù)。（b）具有50 wt％RGO的光纖應變傳感器的?R/R
0和GF作為所施加應變的函數(shù)。（c）具有70 wt％RGO的光纖應變傳感器的?R/R
0和GF作為所施加應變的函數(shù)。（d）具有50 wt％RGO的纖維應變傳感器的?R/R
0作為超聲時間的函數(shù)。（e）在不同應變率下，具有50％RGO的光纖應變傳感器的?R/R
0作為所施加應變的函數(shù)。（f）隨施加應變而變化，具有不同導電填料含量的纖維應變傳感器的?R/R
0。
相關研究成果于2021年由東華大學Yan Wang課題組，發(fā)表在J Mater Sci（https://doi.org/10.1007/s10853-020-05394-9）上。原文：Encapsulated core–sheath carbon nanotube–graphene/polyurethane composite fiber for highly stable, stretchable, and sensitive strain sensor。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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