5. 可穿戴器件(类皮肤传感器及能源器件)
5.1 PDMS中嵌入垂直碳纳米管阵列的自图案间隔器设计实现传感范围可调压力传感器
在传感器中,嵌入PDMS的碳纳米管阵列层由所提出的自图案间隔片隔开。 通过这种结构,设计的初始电阻传感器在保持高灵敏度的同时,响应阈值可调,从300 Pa到6.5 kPa,这是通过控制间隔层厚度和CNT长度实现的。 此外,垂直碳纳米管阵列具有较大的比表面积,可以极大地改变压力传感器的电阻,使其具有近50 /kPa的高灵敏度。 得益于自图案垫片的设计以及碳纳米管和PDMS的优势组合,压力传感器还表现出24/32 ms的快速响应/松弛时间,以及良好的长期稳定性,耐久测试超过10,000个加载/卸载周期。 另一方面,所设计的小初始电阻压力传感器具有典型的压阻特性。 在应用方面,设计的大初始电阻压力传感器适用于有压力阈值的抗噪声应用,过滤不必要的噪声,节省功耗, 而设计的初始阻力小的压力传感器具有检测机械力和监测人体生理信号的能力。 此外,该垫片的自图形化设计和制作方法在现有工作中也有应用潜力,进一步提高或调整这些压力传感器的性能,显示出很大的灵活性。 该设计在健康监测、人机交互、物联网等未来先进柔性穿戴系统中具有很大的应用潜力。
5.2 垂直CNT-Ecoflex纳米鳍,用于高线性q1广域检测可穿戴应变传感器
高线性和宽范围检测应变传感器,通过设计一个鳍状微结构,结合垂直碳纳米管(CNTs)和Ecoflex的优点。 在提出的结构中,大部分的垂直生长碳纳米管是由聚合物包裹形成CNT-Ecoflex Nanofin(CEN)矩阵,而一些垂直碳纳米管在CEN凸出的边缘, 能有效地提高灵敏度,特别是小应变。 在CEN结构中,Ecoflex能够抵抗碳纳米管在循环应变下的移动和断裂,确保了拉伸性能和可靠性。 独特的CEN结构使该传感器在应变范围0 – 250%的情况下获得良好的线性度(R2 4 0.99),并在宽传感范围(0.1% – 500%)内获得高灵敏度(3 – 18)。 最重要的是,可以通过控制碳纳米管的长度和密度来调整应变传感器的规格。 这些优点使该传感器在可穿戴电子设备和健康监测领域具有很大的应用前景