成果簡介
隨著可穿戴電子器材的快速發展，人們迫切需要應變範圍寬、靈敏度高、響應速度快、耐用性強的可拉伸應變傳感器。 本文，安徽大學Xiaohui Guo、Yunong Zhao等研究人員在【Composites Part A: Applied Science and Manufacturing】期刊 發表名為「Dual bionic-inspired stretchable strain sensor based on graphene/multi-walled carbon nanotubes/polymer composites for electronic skin」的論文， 研究提出了一種具有指紋圖案和仿生物蓮藕纖維結構的雙仿生啟發的可拉伸應變傳感器（DBSSS）。
矽橡膠（SR）用作傳感器的封裝層，多壁碳納米管（MWCNT）用作連線石墨烯（GN）納米層壓板的導電橋。兩種組合導電材料與指紋圖案結構的良好配合大大增強了 DBSSS 的傳感功能。DBSSS 具有靈敏度高（GF = 35.33）、應變感應範圍寬（0-145 %）、響應速度快（約80 ms）和耐用性好（大於 5000 次）等特點。因此，基於DBSSS的優異綜合效能，它可以準確實作手勢辨識、人體微表情監測和莫爾斯電碼檢測，顯示了電子皮膚的廣闊套用前景。
圖文導讀
圖1.DBSSS的整體設計。（a） 仿生啟發的雙可拉伸應變傳感器。（b） DBSSS的編制過程。（c） DBSSS的實物演示。
圖2.（A-C）SEM影像顯示，用0.1 gMWCNT和0.1 gGN制備的MWCNT/GN/SR復合材料。（D-F）SEM影像顯示，用0.05 gMWCNT和0.2 gGN制備的MWCNT/GN/SR復合材料。（g） MWCNT/GN/SR、SR、GN和MWCNT的FTIR光譜。（h） MWCNT/GN/SR、SR、GN 和 MWCNT 的 XRD影像。
圖3.（a） DBSSS傳感機理的等效示意圖。（b） DBSSS在不同應變下的應力分布。（c） DBSSS的拉伸/釋放機制。（d） 不同質素導電填料的DBSSS電阻隨應變的變化。（e） DBSSS電阻隨應變的變化，隨應變的變化，適用於仿生結構的不同間距。
圖4.DBSSS的效能表征
圖5、動態壓力測試了應變傳感器的效能
圖6.DBSSS套用
小結
綜上所述，本研究受仿生指紋圖案和仿生蓮藕纖維結構的啟發，設計了基於 MWCNT 和GN的DBSSS。透過設計仿生結構並結合不同的導電填料，基於兩種導電材料的良好協作和仿生微結構的 DBSSS 設計方案實作了出色的綜合傳感效能。DBSSS 的傳感範圍很寬，GF 值分別為 145 % 和 35.33，並且在拉伸和釋放超過 5000 次後仍能保持穩定。基於出色的傳感特性，DBSSS 能夠穩定可靠地傳感各種人體動作，包括準確檢測手語辨識、人體微表情和摩爾斯電碼檢測，這使其在電子皮膚等領域具有廣闊的套用前景。
文獻：
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108043
