幾乎沒有研究開發具有零溫度電阻系數（TCR）的可穿戴應變傳感器，這對于克服溫度干擾問題至關重要。在此，通過簡便的直接墨水書寫技術成功地制備了高度可拉伸的石墨烯納米片（GNP）/碳納米管（CNT）/有機硅彈性體（GCE）纖維。制備的 GCE 纖維由分別具有負溫度系數 (NTC) 和正溫度系數 (PTC) 的 CNT 和 GNP 組成。結果，通過調整 CNTs 和 GNPs 的質量比獲得的 GCE 纖維顯示出接近零的 TCR (1.14*10-4 ℃)，與文獻報道的值相比，這是最低的。此外，與之前報道的數據相比，GCE 應變傳感器表現出最高的靈敏度（100% 應變的規格因子 (GF) = 14550.2），工作范圍寬（1 至 100%），檢測限低（1% 應變） )、快速響應時間 (170 ms) 和高耐用性 (10 000 次循環后)。此外，GCE 應變傳感器在包括長期儲存和潮濕/水暴露在內的外部條件下表現出出色的電氣穩定性。最后，在水和高溫條件下檢測各種人體運動，以展示 GCE 應變傳感器出色的傳感性能和響應穩定性。
Figure 1. (a) GCE 纖維的DIW工藝示意圖。(b) GNPs和(c) CNTs 的SEM圖像。(d) 顯示 GCE 纖維橫截面的SEM圖像。(e) XRD 圖案和 (f) CNT、GNP、有機硅彈性體和 GCE 纖維的拉曼光譜。(g) 有機硅彈性體和 GCE 纖維的 FTIR 圖案和 (h) TGA 結果。(i) GCE 纖維的光學圖像，顯示其在高達 300% 應變下的出色拉伸性。
Figure 2. (a) GCE 纖維的電阻率作為混合 GNP/CNT 填料中 GNP 質量比的函數。(b) 當溫度從 25℃升高到 100℃時 GCE 纖維的 RCR。(c) 將制備的 GCE-20 纖維的 TCR 與以前的作品進行比較。(d) GCE-20 光纖的 RCR，當溫度從 25℃升高到 100℃并在 100℃下保持 15 分鐘時。(e) 示意圖顯示了具有接近零 TCR 的 GCE-20 光纖的機制。
Figure 3. (a) GCE 應變傳感器的 RCR 作為施加應變的函數。(b) GCE 應變傳感器的應變傳感機制。(c) GCE 應變傳感器的 GF 值和應變范圍與之前報道的那些工作的比較。
Figure 4. GCE 應變傳感器的應變傳感特性：(a) 在 1%、10%、20% 和 40% 的各種應變水平下的循環響應，(b) 在不同加載頻率下 20% 應變的循環響應，(c) 循環對幅度為 20% 的方波狀應變的響應，(d) 響應時間和恢復時間，(e) 在加載應變為 20% 的拉伸-釋放循環（10000 次循環）下的長期循環穩定性，（ f) 在 30、40 和 60 1C 的不同溫度下對 20% 加載應變的循環響應。
Figure 5.(a) 長期存儲的 GCE 應變傳感器的電穩定性。(b) 相對濕度和 (c) 水對 GCE 應變傳感器的 RCR 響應的影響。
Figure 6. GCE應變傳感器的應用演示。用于檢測 (a) 微笑動作和 (b) 吹氣狀態的 GCE 應變傳感器的 RCR 響應。 (c) GCE 應變傳感器用作拉伸開關來控制 LED 燈的亮度。 (d) 光學圖像顯示了在五個手指和手腕的關節上編織有六個 GCE 應變傳感器的智能手套。 (e) 用于監測不同手勢的 GCE 應變傳感器的電響應。 (f) GCE 應變傳感器在空氣、水、酸和堿溶液等各種測試條件下的照片。 (g) GCE 應變傳感器在自然環境中以及浸入水、酸和堿溶液后對手指彎曲/釋放運動的 RCR 響應。 (h) 圖像（光學和紅外）和 (i) GCE 應變傳感器在不同溫度下對手腕彎曲運動的電響應。
相關研究工作由重慶大學Zhen-Hua Tang和Yuan-Qing Li課題組與2022年發表在《J. Mater. Chem. C》上，原文： Direct ink writing of a graphene/CNT/silicone composite strain sensor with a near-zero temperature coefficient of resistance。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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