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清華大學(xué)朱宏偉教授團(tuán)隊(duì)在石墨烯/高分子復(fù)合凝膠柔性應(yīng)變傳感材料上取得進(jìn)展
2019-04-13  來源:中國聚合物網(wǎng)

  柔性應(yīng)變傳感器用于檢測動(dòng)態(tài)變形下的電信號(hào)變化,在人體運(yùn)動(dòng)檢測、醫(yī)療保健、語音識(shí)別、機(jī)器人等方面具有廣泛的應(yīng)用。監(jiān)測物理信號(hào)(如溫度,濕度、流量等)的方法眾多,其中最實(shí)用的是利用共形應(yīng)變傳感器檢測表面由各種物理信號(hào)誘發(fā)的形變,以此來表征物理信號(hào)的變化。目前關(guān)于應(yīng)變傳感材料的研究已取得了一定進(jìn)展,但由于較差的適應(yīng)性和耐久性,在應(yīng)用方面仍然受到限制,尤其體現(xiàn)在對(duì)柔性有特殊要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)檢測場合。此外,應(yīng)變傳感的應(yīng)用受限于特定應(yīng)變測量范圍和靈敏度。開發(fā)同時(shí)具有高靈敏度和大變形能力的應(yīng)變傳感器仍然具有挑戰(zhàn)性。

  清華大學(xué)材料學(xué)院朱宏偉教授團(tuán)隊(duì)采用生物礦化方法合成了一種動(dòng)態(tài)交聯(lián)、可自愈合的石墨烯/高分子復(fù)合凝膠材料用于柔性大應(yīng)變傳感(圖1)。以石墨烯/高分子凝膠為傳感材料,借助其動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的延展性及導(dǎo)電性,貼附于異型表面制備了不同結(jié)構(gòu)(“三明治”夾層結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、自支撐結(jié)構(gòu))的電阻式應(yīng)變傳感器,具有大量程(高達(dá)500%)、高靈敏度、適應(yīng)性強(qiáng)(在空氣中和水下均能正常工作)、可靠耐用等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了多種復(fù)雜動(dòng)態(tài)形變信號(hào)(擺動(dòng)、蠕動(dòng)、扭動(dòng)及人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng))的實(shí)時(shí)快速監(jiān)測(圖2)。

圖1. 石墨烯/高分子復(fù)合凝膠

圖2. 復(fù)雜動(dòng)態(tài)形變檢測:(a) 擺動(dòng); (b) 蠕動(dòng); (c) 扭動(dòng)

  相關(guān)成果發(fā)表在Small上(Highly Stretchable, Adaptable, and Durable Strain Sensing Based on a Bioinspired Dynamically Cross‐Linked Graphene/Polymer Composite. Small 2019, in press)。論文第一作者為清華大學(xué)材料學(xué)院博士生林舒媛,通訊作者為朱宏偉教授。本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接:https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201900848

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