基于拉压转换和变刚度斜坡结构的宽量程压缩传感结构（英文）

压力传感器仍然面临着将高灵敏度与宽检测范围相结合的挑战.基于此,我们设计了一种拉-压转换(TC)结构,并将其与变刚度策略相结合来制造压力传感器件.该结构能够将二维可拉伸材料的传感性能转换为三维可压缩设备的传感性能.传感和机械性能可以使用模拟和理论计算进行设计.斜面结构能够在24.3 N范围内提供线性传感.变刚度设计策略使传感器能够以高灵敏度(3.5 N^-1)感知较小载荷,并具有宽的检测范围(0.002–24.300 N,扩展范围82.6 N).此外,该传感结构可以在水下环境中稳定工作.这种使用二维可拉伸应变传感器作为传感单元来开发压缩传感装置的设计策略将为未来提供新的思路.     

高灵敏度,超宽响应范围,环境耐受性高的多模式离子凝胶基传感器（英文）

近年来,离子类皮肤传感器因其高性能和良好的兼容性等优点而备受关注.然而,开发一种多功能、稳定、高灵敏度和耐用的离子类皮肤传感器仍面临挑战.本文通过简单的紫外引发聚合制备了具有良好耐用性、环境(抗冻、耐真空)稳定性、离子导电性、自愈性、高粘附性和拉伸性的复合离子凝胶.该离子凝胶可以组装为应变、压力和温度传感器,用于检测外部环境的变化.无论是作为应变传感器还是压力传感器,离子凝胶基传感器都具有高灵敏度(GF=14.7)、宽响应范围(1%-1600%)、快速响应时同(95.8 ms)、优异的稳定性和可重复性(1000次).因此,它不仅可以追踪关节运动,还可以监测细微的表情变化(皱眉).该离子凝胶还可以组装成敲击传感器和高精度书写板传感器,用于信息传递.此外,该传感器对温度变化具有较高的灵敏度,温度感知范围在0-120℃之间,且检测阈值较低(0.1℃).因此,基于离子凝胶的传感器有望应用于多功能电子和传感设备.     

具有超高灵敏度、宽工作范围、低检测限的3D气凝胶可穿戴压力传感器用于语音识别和生理信号监测（英文）

随着智能电子设备的快速发展,对同时具有超高灵敏度、宽工作范围、低检测限的可穿戴压力传感器的需求越来越大.本文开发了一种基于超轻(29.5 mg cm^-3)和弹性的3D壳聚糖/MXene (CS/MXene)复合气凝胶的压阻式压力传感器.由于CS和MXene之间的强静电吸引力,具有良好机械性能的CS/MXene气凝胶只需一步冷冻干燥即可获得,无需额外的化学处理.CS/MXene复合气凝胶压力传感器在小压力区(<1 kPa)和大压力区(1-20 kPa)的灵敏度分别为709.38和252.37 kPa^-1.在此压力范围下,其灵敏度是目前报道的同类型气凝胶压力传感器的最高值.此外,该传感器具有快速的响应时间(<120 ms)、1.4 Pa的超低检测限以及10,000次循环后几乎无衰减的良好稳定性.以上出色的性能不仅使得该传感器可用于检测肢体活动和空间压力分布等较大幅度的压力信号,而且还能准确检测脉搏、语音等微小压力信号.这种多功能的柔性压力传感器极大地拓宽了可穿戴电子器件在语音识别、健康监测和人机交互等诸多领域的应用范围.     

碳纳米管导电网络结构对复合材料拉伸变形的响应性

基于碳纳米管(CNT)优异的导电能力和聚氨酯(PU)弹性体的大变形特性,原位聚合制备CNT/PU复合材料,并研究其在拉伸变形过程中CNT网络结构的演变,及其电学性能对拉伸应变的响应敏感性。结果表明,CNT/PU复合材料具有显著的电阻-应变响应敏感性,其在大应变范围(0～200%)内电阻率变化高达6个数量级以上,这与CNT导电网络在拉伸过程中的结构演变密切相关。复合材料在拉伸过程中的体积膨胀使得CNT体积分数随应变的增加而逐渐降低,当CNT含量低于渗流阈值时,CNT网络呈断开状态并导致复合材料电阻的急剧增加;此外,CNT含量对复合材料电阻-应变响应敏感性也有显著影响。CNT/PU复合材料电阻对拉伸应变的响应敏感性使得该材料可望应用于结构诊断、应变传感、安全监控、智能材料与结构系统等领域。     

单向取向碳基气凝胶的制备及电磁屏蔽性能研究

碳基气凝胶具有自支撑的三维导电网络,是开发新型高性能电磁屏蔽及吸波材料的研究热点。通过单向冷冻干燥法制备了具有单向取向结构的碳纳米管/壳聚糖(CNT/CS)气凝胶,考察了不同CNT/CS浓度及配比对气凝胶冷冻速率、线性收缩率、微观结构、电导率和电磁屏蔽效能的影响,研究了取向方向对气凝胶导电性能和电磁屏蔽效能的影响。结果表明：CNT/CS气凝胶具有显著的各向异性,取向方向上的电导率最高可达14.34S/m,是垂直于取向方向上的1.5～3.0倍。CNT/CS气凝胶具有优良的电磁屏蔽效能,在12GHz的频率下屏蔽效能最高可达20.3dB。气凝胶在垂直于取向方向上的电磁屏蔽效能高于取向方向。     

纸基碳纳米管薄膜/叉指结构的超灵敏宽量程压力传感器（英文）

柔性压力传感器因其在可穿戴设备和人机交互界面中的潜在应用而备受关注.特别是在实际应用中,人们对具有高灵敏度、宽测量范围和低成本的压力传感器有很大需求.基于此,我们研制出了一种测量范围宽的超灵敏压力传感器.该传感器是以碳纳米管(CNT)均匀溶液直接喷在纸表面作为敏感材料,用光刻技术制成的叉指电极为结构.由于CNT大的比表面积、纸的多孔结构以及CNT与叉指电极有效接触的协同作用,压力传感器实现了从0到140 kPa的宽测量范围,并在15,000个测试周期内表现出良好的稳定性.对于纸基碳纳米管薄膜/叉指状结构(PCI)压力传感器,敏感材料与叉指电极之间的连接区域在较小的压力范围内占主导地位,而敏感材料的内部变化在大的压力区域起主导作用.此外PCI压力传感器不仅具有2.72 kPa-1(直到35 kPa)的高灵敏度,还可以检测小重量,如一颗绿豆(约8 Pa).当压力传感器贴附到人体表面时,可以监测生理信号,如手腕运动、脉搏跳动和语音识别.此外,压力传感器的阵列能够识别空间压力分布,有望实际应用于人机交互界面.     

二维纳米材料在柔性压阻传感器中的应用研究进展

随着柔性压力传感器在可穿戴电子设备、电子皮肤等领域的快速发展,研究制备高灵敏度、低检测限、宽感应范围的高性能柔性压阻传感器成为一种必然趋势.为了获得高性能的柔性压阻传感器,需要在导电敏感材料的选择和传感器微纳结构的设计上进行一系列的创新.二维纳米材料凭借其独特的结构和优异的性能,成为柔性压阻传感器导电敏感材料的良好选择.本文综述了几种类型的二维纳米材料压阻传感器,介绍了二维纳米材料柔性传感器的微纳米结构的创新及发展,最后针对当前研究面临的问题提出了解决方法并对其今后的发展方向进行了展望.     

多巴胺@氮化硼-碳纳米管/聚酰亚胺复合气凝胶太阳能蒸发器的制备与性能

利用太阳能蒸发器进行水蒸发是生产清洁用水的重要途径之一。为了提高聚酰亚胺(PI)气凝胶的太阳能蒸发性能,本文通过添加多巴胺改性氮化硼(PDA@BN)和羟基化碳纳米管(CNT),采用四定向冷冻干燥和亚胺化工艺制备了PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶。研究了PDA@BN和CNT的加入对气凝胶的形貌结构、润湿性能、太阳能蒸发性能的影响。结果表明：PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶不仅具有良好的亲水性和太阳能光热转换能力,而且其独特的低弯曲度管状结构促进了水在气凝胶内部的运输,提高了太阳能蒸发性能。该气凝胶在2 kW/m²光照下的蒸发速率为1.95 kg/(m²·h),并展现出优异的循环使用性能、化学稳定性和高效的污水净化能力。     

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。     

MXenes在柔性力敏传感器中的应用研究进展

随着可穿戴柔性电子技术的发展, 高灵敏度和宽感应范围的柔性力敏传感器的需求量逐渐增大, 如何选择兼具高导电性和良好柔性的材料作为传感器的敏感材料是获得高性能传感器的关键。近年来, MXene材料因其导电性好、柔韧性高、亲水性好以及合成可控等优点成为一种极具潜力的导电敏感材料。本文就MXene基柔性力敏传感器的类型、敏感材料的微结构设计方式、传感性能及传感机理等方面的研究进展进行了阐述和总结。     

高强高韧聚乙烯醇导电水凝胶的结构与传感性能

为了制备高强高韧导电水凝胶,采用能与聚乙烯醇(PVA)形成氢键相互作用的单宁酸(TA)为物理交联剂,以丙三醇和水为共溶剂制备得到具有纳米纤维网络结构的PVA/TA有机水凝胶;通过浸泡1 mol/L硝酸银溶液得到金属络合作用和氢键作用协同增强增韧的导电水凝胶。研究结果表明,当PVA和TA质量比为2:3时,水凝胶中TA与银离子能形成强烈的络合作用,进一步增强了TA与PVA分子链间形成的物理交联网络,凝胶内部形成了更为致密的网络结构,从而赋予导电水凝胶优异的力学性能,其强度、模量和韧性相较于未引入TA的PVA水凝胶分别提高了4.5倍、5倍和5倍。该导电水凝胶用于应变传感时,表现出优异的灵敏性(GF=99.4)、极高的线性度(R²> 0.99)和良好的循环稳定性(>500圈)。     

室温下羧甲基纤维素导电水凝胶的快速制备及在柔性应变传感器的应用

导电水凝胶由于具有足够的灵活性、耐用性和功能多样化的独特特性,在柔性应变传感器领域具有巨大的发展前景。然而,制备水凝胶的聚合过程大多耗时、耗能且会使用有毒的交联剂,严重阻碍了其在这一新兴领域的实际应用。文中通过木质素磺酸钠/Fe³⁺组成的新型动态氧化还原体系,以羧甲基纤维素钠(CMC)和丙烯酸(AA)为基本原料,在室温快速制备了具有良好力学性能(拉伸强度435 kPa、断裂伸长率1043%)、较高离子电导率(2.23 S/m)、良好传感灵敏度(GF=2.76)及电自修复能力的CMC/PAA/Fe³⁺导电水凝胶。基于该凝胶所制备的应变传感器可以通过稳定且可重复的电信号检测人体大幅度或细微的运动,展现出了其在个人健康监测、人体运动检测和人机交互中的潜在应用价值。在室温快速制备水凝胶的方法为构建用于各种传感应用的导电水凝胶提供了新的思路。     

极端湿热环境下隔热的超疏水聚偏氟乙烯/聚酰亚胺纳米纤维复合气凝胶

优异的隔热材料在建筑、航空航天和体育设备等领域有着广泛的应用需求.然而,在实际应用中,隔热材料在不同温度和湿度条件下,其性能往往会恶化.因此,构建在极端湿热环境下仍具有出色的隔热性能的块状材料是非常重要的.在本工作中,我们构思了一种绿色制备策略,即通过静电纺丝和冷冻干燥技术来制备超疏水且可压缩的聚偏氟乙烯/聚酰亚胺(PVDF/PI)纳米纤维复合气凝胶. PVDF纳米纤维和PI纳米纤维分别充当疏水性纤维骨架和机械支撑骨架,形成具有良好机械柔韧性的坚固的三维框架. PVDF/PI气凝胶在室温下具有出色的超疏水特性(水接触角为152°)和低导热性(31.0 m W m^-1K^-1).同时,在100%湿度(80℃)下, PVDF/PI气凝胶仅显示出48.6 m W m^-1K^-1的低热导率,其性能优于大多数商业绝热材料.因此,新型的PVDF/PI复合气凝胶有望成为高温和高湿环境中应用的优良隔热材料.     

ITO纳米晶-植物纤维复合材料的电阻式压力传感器（英文）

可穿戴电子设备因其在机器人触觉、人机交互和脉搏测试等领域具有潜在应用而引起广泛关注.作为一种可穿戴电子设备,柔性压力传感器应该是环保的,而且制造成本低.基于纤维素纸的压力传感器由于其优良的特性,如轻质、无毒或低毒、可降解性和柔韧性,而引起了人们的关注.在此,我们报道了一种基于铟锡氧化物(ITO)纳米晶体和植物纤维复合材料的电阻式触觉传感器.该压力传感器具有宽的检测范围(0-100 kPa)、高灵敏度(464.88 kPa^-1)、快速的响应时间(6.93 ms)和恢复时间(7.18 ms)以及良好的加载/卸载稳定性.我们还展示了该压力传感器用于脉搏测试、呼吸监测、语音识别等各种人体运动检测.结果表明,ITO纳米晶-植物纤维复合材料压力传感器在智能可穿戴电子产品中显示出巨大应用潜力.     

阳离子纤维素纳米纤维分散液态金属制备高灵敏度和自修复导电水凝胶用于应变传感器（英文）

作为一种多功能软填料,液态金属(LM)乳液为制备基于导电水凝胶的多功能应变传感器带来了新机遇.然而,界面张力和密度巨大的LM难以以稳定乳液的形式存在.本文中,我们展示了一种利用阳离子纤维素纳米纤维(CCNFs)包覆LM液滴来稳定LM乳液的策略.通过将CCNF稳定的LM乳液与丙烯酸(AA)混合并引发其原位聚合,以及在聚丙烯酸(PAA)、LM液滴和CCNF之间形成可逆的氢键、离子配位键和静电交联,制备了一种导电水凝胶CCNF-LM-PAA.得益于PAA与CCNF之间形成的可逆氢键、离子配位键和静电结合作用,CCNF-LMPAA水凝胶具有良好的导电性(1.54 S m^-1)、较高的拉伸强度和断裂伸长率、粘附性和快速自愈合能力.CCNF-LM-PAA水凝胶作为应变传感材料,具有超高应变灵敏度(应变系数高达16.2)、低应变检测极限(<1%)、短响应/恢复时间(107/91 ms)和良好的耐用性(300次循环).这些性能使得基于CCNF-LM-PAA水凝胶的应变传感器能够作为可穿戴电子器件用于监测各种人体活动.因此,利用CCNF稳定LM乳液引入静电结合作用,为提高基于...     

分子间相互作用调控丝素蛋白/聚丙烯酰胺水凝胶的网络形貌和β片结晶，赋予水凝胶优异的黏附、应变和传感性能（英文）

丝素蛋白(SF)作为一种特殊的天然聚合物,具有优异的生物相容性、生物降解性和双亲性,是制备柔性传感器的良好候选者.然而,丝素蛋白的高结晶度和结晶不可控性使获得这种出色的仿生水凝胶传感器具有挑战性.纯SF水凝胶是脆性的,没有黏性.在此,我们通过引入聚丙烯酰胺(PAM)到SF水凝胶中来解决这一问题.由于SF/PAM水凝胶具有较强的分子间相互作用,其网络形貌由欧几里得孔改变为非欧几里得孔.同时,其β片结晶很容易被抑制到纳米尺度.这些演变不仅使SF/PAM水凝胶具有优异的机械性能,而且具有出色的黏附性能.与纯PAM水凝胶相比,SF8/PAM水凝胶的拉伸强度、拉伸破坏应变、抗压强度(80%应变下)和黏附性能(在猪皮上)分别提高了133.1%、120.9%、610.8%和104.8%.此外,SF的双亲性可以使碳纳米管(CNTs)在水凝胶中分散良好.制备的CNT0.3/SF8/PAM水凝胶继承并进一步改善了上述性能.除此之外,它还表现出优异的自黏附传感性能,最大灵敏度因子高达10.13,工作应变范围超过1000%,大应变下稳定循环拉伸达500次以上.同时,六种人类活动的精确检测也得到了验证.本工作为...     

碳基导电材料在传感检测分析中的应用研究进展

碳基导电材料是指以碳原子为骨架的材料体系,具有结构多样、可调控性强和化学稳定性高等优异性能。将碳基导电材料引入传感检测分析可以改善传感器的信号强度,提高传感检测分析的稳定性。与传统材料制成的传感器相比,使用碳基导电材料制备的传感器检测分析物质具有更高的灵敏度、更低的检测限及更宽的线性范围。因此,基于碳基导电材料的检测分析技术已显现出巨大的潜力,在医学诊疗、环境监测和食品检测等领域均具有广阔的应用前景。本文介绍了以维度划分的碳基导电材料的类别及其所制备的传感器在传感检测分析中的应用,提出了碳基导电材料及其所制备的传感器在检测分析物质中存在的问题及挑战,并对未来研究的趋势进行了展望。     

基于ZIF8/rGO的高性能NO2室温传感器

二氧化氮气体是一种常见的大气污染物, 对自然环境和人类健康造成严重的危害, 开发检测该类有毒有害气体的高效检测设备势在必行。新型复合薄膜气体传感器可以在常温下对二氧化氮进行高选择性、高灵敏度检测, 为自然环境和人类健康保驾护航。本工作采用化学沉淀法和超声法制备了多孔、高比表面积的ZIF8/还原氧化石墨烯(ZIF8/rGO)复合材料, 以此为气敏材料构建NO₂传感器, 并系统研究了其在室温下对NO₂的气敏性能, 进一步探讨了ZIF8/rGO气敏传感器感应NO₂的可能机理。气敏实验结果表明：ZIF8/rGO气敏传感器对50×10^-6 NO₂的响应达到34.77%, 是纯rGO气敏传感器的3.2倍。ZIF8/rGO传感器在4个可逆循环测试中表现出较好的可重复性, RSD(Relative Standard Deviation)为3.9%。此外, ZIF8/rGO传感器表现出优秀的长期稳定性(RSD为2.5%)、选择性和低的检出限(3.8×10^-8)。室温下灵敏感应NO₂的气敏性能主要归因于ZIF8的多孔结构和超大的比表面积以及rGO的优越性能。本工作将为ZIF8/rGO作为气敏材料检测有毒有害的NO₂气体提供新思路。     

导电水凝胶在柔性可穿戴传感器的应用研究进展

目的 概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法 查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论 导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。     

基于氧化硅隧穿电子源的高压力微型电离真空传感器

微型电离真空传感器在微小空间和特殊范围的压力探测中有着非常重要的应用。然而,之前的微型电离真空传感器存在或体积大或工作电压高或能耗高等缺点。以新型氧化硅隧穿电子源为阴极制备了一种高压力微型电离真空传感器,该传感器结构紧凑、加工简单、体积微小,仅为15 mm×15 mm×2 mm(长×宽×高),工作电压低、探测量程宽、探测压力上限高。实验结果显示,传感器在3.50×10^-2～1.02×10² Pa压力范围内具有很好的线性响应。研究为解决传统电离真空传感器和皮拉尼真空传感器在此压力范围内探测不准确的问题提供了一种可行的方案,有望推动电离真空传感器在更多重要领域应用。