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        三維石墨烯應用在高性能可拉伸應變傳感器

        2019-05-22 11:40:18

        應變傳感器可將機械變形轉化為可探測的電學信號,在智能機器人、醫療監測、人機交互界面及仿生假肢等領域都展現出良好的應用前景。特別是針對人體運動行為的實時監測可以有效地評估其健康狀況,在可穿戴醫療診斷和個人健康監測中具有重要意義。

        對于人體運動監測,理想的應變傳感器件須兼具高拉伸率和良好的穩定性,從而為實現全尺度人體運動檢測提供可能。此外,由于人體運動具有多樣性和復雜性,應變傳感器在不同應用條件下(溫度,頻率等)的穩定性同樣重要。而目前所報道的柔性應變傳感器往往不能同時具備以上性能,使其應用范圍受限。

        華中科技大學徐鳴教授課題組研發出一種基于 “滑動變阻器”工作原理的三維石墨烯柔性可拉伸應變傳感器;通過改變相鄰三維石墨烯片層之間的接觸面積,產生電阻變化,該傳感器具有高拉伸率(70%),優異的循環穩定性(300,000次),并在0.1-5 Hz的頻率區間及-45 °C-180 °C的溫度區間內保持穩定響應,實現了全尺度人體運動監測。

        研究人員將三維石墨烯為基本結構單元,采用化學還原法并輔以對還原時間的控制合成了部分搭接的三維三維石墨烯網絡,并將其與彈性聚合物復合獲得柔性可拉伸應變傳感器。通過原位透射電鏡觀察發現,相互搭接的三維石墨烯片層在外力作用下產生相對滑移,其接觸面積也隨之改變,從而產生電阻變化。

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