中原工学院利用碳纳米管研发可穿戴传感器

本文要点：

在制备方法上，首次采用简易静电纺丝技术，设计并制备了一种具有良好拉伸性能和机械稳定性的可拉伸压阻碳纳米管纳米纤维传感纱，可方便地织成不同功能的可穿戴织物，应用于可穿戴电子产品和智能纺织品。

在材料和结构设计方面，通过将弹性压阻型碳纳米管(CNT)嵌入PU纳米纤维包裹在可伸缩的纤维型芯电极上，成功地在纤维和纺织品基体上构建了精细的传感微/纳米结构和高效的导电网络，实现了多模传感能力。

在传感机理上，利用这种制备方法和先进的结构，制备的织物传感器具有精细的层次结构，从一维宏观纱线到亚微米弹性纳米纤维，再到内部纳米尺度的碳纳米管渗流网络。这提供了一个相对较大的接触面积和足够的弹性，导致多个接触点和更大的变形空间，多模式传感各种机械刺激，提高了灵敏度和广泛的传感范围。

成果简介

开发多模式可穿戴纺织品传感器来模拟复杂的人体皮肤特征，是医疗保健、电子皮肤、人工智能和生物医学电子应用的核心。本文，中原工学院Kun Qi等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Weavable and Stretchable Piezoresistive Carbon Nanotubes-embedded Nanofiber Sensing Yarns for Highly Sensitive and Multimodal Wearable Textile Sensor”的论文，研究成功地制备了可伸缩压阻碳纳米管嵌入纳米纤维传感纱线，其机械强度足以编织成可穿戴的织物传感器，可检测和区分压力、拉伸和弯曲等多种机械刺激。

通过使用简便的静电纺丝技术将压阻弹性纳米纤维包裹在可拉伸的纤维状芯电极上而获得的智能纳米纤维感测纱线。这种织物传感器具有精细的层次结构，从一维宏观纱线到亚微米弹性纳米纤维和内部纳米碳管渗流网络。该传感器具有较大的接触面积、多个接触部位和较大的变形空间，可用于多种机械刺激的多模传感，具有较高的灵敏度和较宽的传感范围。基于织物的传感器可以适应地附着在复杂的表面上，也可以集成到织物中，显示出对动态人体运动的连续瞬态检测和区分能力。此外，成功地集成了一个纺织品传感平台，用于压力和应变分布的空间映射，使其成为电子纺织品和可穿戴设备的一个很有前途的候选平台。

图文导读

图1。制备多模式CNTs @ PU-NF纺织品传感器。

图2。基于纺织品的CNTs @ PU-NF传感器的配置和简化工作原理的示意图。

图3。压力感应性能。

图4。应变感应性能

图5。弯曲应变传感性能

图6。利用可穿戴式CNTs @ PU-NF传感器实时监控人体运动。

图7。CNTs @ PU-NF纺织物传感平台，用于压力和应变测绘。

小结

综上所述，我们提出了一种简易的方法来制作一种可伸缩和多模可穿戴织物传感器，该传感器能够检测和区分压力、拉伸和弯曲的多种机械刺激。多模织物传感器是由智能纳米纤维传感纱线编织而成，这种纱线是通过将碳纳米管与弹性聚氨酯纳米纤维结合，然后通过简单的静电纺丝工艺包裹在可拉伸的纤维形芯电极上而开发的。该传感器采用一维可编织纱线结构，与传统纺织品集成后，可直接贴在人体皮肤上，戴在身上，可全方位监控人体复杂的动态日常动作，如手指和手腕弯曲、脸颊隆起、语音识别和吞咽动作等，以及呼吸和脉搏的生理信号。我们进一步证明了NF-PU@碳纳米管织物传感平台可以用于空间映射压力和应变分布，即使是附着在曲线或变形表面上。可伸缩、多模、可穿戴的织物传感器在可穿戴电子和智能纺织品应用方面有进一步发展的潜力。

文献：