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  鄭州大學申長雨院士和劉春太教授團隊近日在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上發表了題為“Superhydrophobic Electrically Conductive Paper for Ultrasensitive Strain Sensor with Excellent Anti-corrosion and Self-cleaning property”的研究論文。論文的第一作者為鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心碩士研究生栗乾明，鄭州大學劉虎副教授為本文的通訊作者。

  紙的可再生、易降解和低成本等特性使其成為制備新型柔性傳感器的理想基材。但由于其在吸附水分后會發生濕膨脹與一定程度的降解，從而嚴重的制約了紙基傳感器在實際生活中的應用。

  為此，申長雨院士和劉春太教授團隊通過采用簡便的浸涂工藝在復印紙上依次涂敷了CB/CNT導電層和Hf-SiO₂疏水層，成功制備了一種柔性超疏水導電紙基應變傳感器。由于導電涂層與紙基間熱膨脹系數的差異，在樣品制備過程中產生了大量的微裂紋結構。微裂紋結構的構建被認為是提高此類傳感器性能最為有效的手段。研究結果表明，該傳感器能夠檢測低至0.1％的超低應變，在彎曲應變范圍為0~0.7％時，傳感器的應變因子為7.5，幾乎是傳統金屬傳感器的3倍；并且在1000次彎曲循環中顯示出優異的穩定性。同時，具有微納復合結構和低表面能的超疏水Hf-SiO₂層賦予傳感器優異的防水和自潔性能，改善了紙基傳感器在潮濕及其惡劣腐蝕環境下的響應穩定性。

圖1. (A) 超疏水紙基傳感器的制備示意圖。(B) CB/CNT@紙表面的SEM圖。(C) CB/CNT@紙表面的裂紋結構。(D) Hf-SiO₂/CB/CNT@紙的橫截面SEM圖。

圖2. (A) 傳感器在不同應變下的響應行為。(B) 0.6%應變下傳感器的1000個穩定循環響應。(C) 1000個循環后在不同彎曲條件下的傳感器表面水接觸角。

圖3. (A) 傳感器在不同pH溶液48h后的接觸角變化。(B) 傳感器在紫外照射、水流沖擊、熱處理后的接觸角變化。(C) 傳感器對多種液體的排斥性。

圖4. 超疏水紙基傳感器在人體監測中的應用，(A)手指彎曲（水滴滴落）、(B)肘部彎曲、(C)脈搏、(D)喉結。

  該研究為制備具有高性能的紙基傳感器提供了一種實用、簡便的策略，所制備的傳感器在柔性電子、人體運動監測等領域有著潛在的應用前景。該研究提出的對紙基傳感器表面進行超疏水處理的策略，對避免紙基傳感器易于發生濕膨脹/濕降解的不足具有重要的指導意義。

  該研究得到了國家自然科學基金項目 (51803191, 11572290, 11432003)；中國博士后科學基金（2018M642782）；河南省博士后研究基金（001801007）；111計劃（D18023）；國家重點研發計劃（2016YFB0101602）的大力支持。 

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b03421