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基于原始设计理念的新型3D全织物压阻传感器正在崭露头角

发布日期:2024-01-03     182 次

虽然纺织基的压力传感器已取得了显著的进步,但依然面临一项挑战,即导电材料与纤维间的融合性不足,加之粘结力弱,这往往会在反复摩擦或清洗过程中造成导电涂层破裂并脱落,进而削弱传感器的导电效能,影响其长期稳定性和使用寿命。

最近,来自东华大学的研究团队采用碳纳米管(CNTs)及双组份纤维非织造材料,成功研发出一种成本低廉且适合大规模生产的三维全织物压阻式传感器。该传感器采用了多层全织物架构设计,展现出卓越的传感性能、优良的柔韧特性和出色的透气性,能够有效地用于追踪人体生命体征(例如脉搏跳动、关节动作等)以及远程监控食指的弯曲运动。这种新型传感器在可穿戴电子产品、健康管理、人机互动等前沿领域展示出了巨大的应用潜力。

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研究发现,热焊接温度低(120 ℃),CNT难嵌入PP-PE纤维,导致CNT/PP-PE NWs的耐摩擦和耐水洗色牢度差;热焊接温度过高(140 ℃),使大部分PE与CNT导电网络混合,耐摩擦和耐水洗色牢度强,但绝缘性的PE会阻隔CNT网络的相互连接,导致CNT/PP-PE NWs的电阻明显增大。因此,130 °C为最佳热焊接温度。

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研究人员发现当CNT/PP-PE NWs的数量从1增至7时,传感器的灵敏度明显提高,透气性从1382.12 mm/s降低至465.57 mm/s。为了准确获取人体的生命活动,当设定CNT/PP-PE NWs的层数为5时,传感器显示出高灵敏度、良好的透气性、优异的稳定性。

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研究人员将该压力传感器固定于人体身体的不同部位,成功获取了人体生理信号(如脉搏、呼吸频率和咳嗽)和运动信号(如肌肉收缩和膝关节弯曲)。

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该项研究以“Low‑Cost, Scalable Fabrication of All‑Fabric Piezoresistive Sensors via Binder‑Free, In‑Situ Welding of Carbon Nanotubes on Bicomponent Nonwovens”为题发表在Advanced Fiber Materials上。


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