一种用于人体运动监测的超灵敏、持久、可伸缩的裂缝-皱纹结构应变传感器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:47
文章英文标题
An Ultrasensitive, Durable and Stretchable Strain Sensor with Crack-wrinkle Structure for Human Motion Monitoring
正文
柔性应变传感器在健康监测、电子皮肤和智能机器人等领域的成功应用具有广阔的前景。这里,我们报道了一种基于石墨纳米片( GNPs ) /热塑性聚氨酯( TPU ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )纳米复合材料的新型裂纹-皱纹结构( CWS )超灵敏应变传感器。CWS是通过在TPU基板上压制和拖动GNP层来构建的,然后用PDMS封装作为保护层。在面积统计的基础上,裂纹和皱纹结构的比例分别占31.8 %和9.5 %。当传感器被拉伸时,裂纹断裂,皱纹会减少裂纹无法恢复的破坏,从而产生极好的可恢复性和稳定性。通过在传感器中引入设计的CWS,有效地限制了迟滞效应。CWS传感器具有满意的灵敏度( 24 %应变下的GF = 750 )、超低的检测限(应变= 0.1 % )和短的响应时间90 ms。对于传感服务行为,水煤浆传感器具有超高的耐久性(高稳定性\u003e 2×104个拉伸释放循环)。通过各种人体运动试验,包括各种关节弯曲的大力练习,以及发声、面部运动和腕部脉搏的细微运动,证明了CWS传感器的优良实用性。目前的CWS传感器在性价比高、携带方便、高性能电子皮肤领域显示出巨大的发展潜力。
文章内容(英文)
Flexible strain sensor has promising features in successful application of health monitoring, electronic skins and smart robotics, etc. Here, we report an ultrasensitive strain sensor with a novel crack-wrinkle structure (CWS) based on graphite nanoplates (GNPs)/thermoplastic urethane (TPU)/polydimethylsiloxane (PDMS) nanocomposite. The CWS is constructed by pressing and dragging GNP layer on TPU substrate, followed by encapsulating with PDMS as a protective layer. On the basis of the area statistics, the ratio of the crack and wrinkle structures accounts for 31.8% and 9.5%, respectively. When the sensor is stretched, the cracks fracture, the wrinkles could reduce the unrecoverable destruction of cracks, resulting in an excellent recoverability and stability. Based on introduction of the designed CWS in the sensor, the hysteresis effect is limited effectively. The CWS sensor possesses a satisfactory sensitivity (GF = 750 under 24% strain), an ultralow detectable limit (strain = 0.1%) and a short respond time of 90 ms. For the sensing service behaviors, the CWS sensor exhibits an ultrahigh durability (high stability \u003e 2×104 stretching-releasing cycles). The excellent practicality of CWS sensor is demonstrated through various human motion tests, including vigorous exercises of various joint bending, and subtle motions of phonation, facial movements and wrist pulse. The present CWS sensor shows great developing potential in the field of cost-effective, portable and high-performance electronic skins.
来源出处
Journal|[J]Chinese Journal of Polymer Science2020. PP 1-11
DOI
https://doi.org/10.1007/S10118-021-2500-8

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