可穿戴CNT / Ti3C2TxMXene / PDMS复合应变传感器,稳定性增强,可用于实时人体健康监测

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:48
文章英文标题
Wearable CNT/Ti 3 C 2 T x MXene/PDMS composite strain sensor with enhanced stability for real-time human healthcare monitoring
正文
具有良好稳定性的应变传感器对可穿戴式健康监护系统的发展至关重要。然而,同时具有持续时间稳定性和环境稳定性的应变传感器的设计仍然是一个挑战。本文通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体中嵌入碳纳米管( CNT )和Ti3C2TxMXene的复合薄膜,提出了一种超稳定、可洗的应变传感器。具有嵌入式微结构和表面不平整的复合应变传感器使其与皮肤保持一致,而CNT / MXene传感层表现出对应变敏感的电阻特性。该传感器显示了不同频率的可靠响应,并具有长期循环耐久性(超过1,000个循环)。同时,CNT / MXene / PDMS复合应变传感器对温度变化和水洗具有优越的抗干扰性。结果表明,当温度从-20 ~ 80℃升高或在水中超声120 min后,电阻变化均小于10 %。复合传感器应用于人体关节运动的监测,如手指、腕、肘的弯曲等。此外,还展示了运动自行车骑行过程中心电信号和关节运动的同时监测,使得制作的传感器在实时人体健康监测方面具有巨大潜力。
文章内容(英文)
Strain sensors with good stability are vital to the development of wearable healthcare monitoring systems. However, the design of strain sensor with both duration stability and environmental stability is still a challenge. In this work, we propose an ultra-stable and washable strain sensor by embedding a coupled composite film of carbon nanotube (CNT) and Ti3C2Tx MXene into polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. The composite strain sensor with embedded microstructure and uneven surface makes it conformal to skin, while the CNT/MXene sensing layer exhibits a resistance sensitive to strain. This sensor shows reliable responses at different frequencies and with long-term cycling durability (over 1,000 cycles). Meanwhile, the CNT/MXene/PDMS composite strain sensor provides the advantages of superior anti-interference to temperature change and water washing. The results demonstrate less than 10% resistance changes as the temperature rises from −20 to 80 °C or after sonication in water for 120 min, respectively. The composite sensor is applied to monitor human joint motions, such as bending of finger, wrist and elbow. Moreover, the simultaneous monitoring of the electrocardiogram (ECG) signal and joint movement while riding a sports bicycle is demonstrated, enabling the great potential of the as-fabricated sensor in real-time human healthcare monitoring.
来源出处
Journal|[J]Nano Research2021. PP 1-9
DOI
https://doi.org/10.1007/S12274-021-3536-3

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