南方科大研发基于纳米陶瓷纤维 耐高温柔性压力传感器
为了解决上述问题,新近,南方科技大学材料系郭传飞团队和物理系赵悦团队合作在知名期刊《AdvancedScience》上发表了题为“AHighlySensitive,Reliable,andHigh-Temperature-ResistantFlexiblePressureSensorBasedonCeramicNanofibers” 通讯论文,报道了 种基于陶瓷纳米纤维 柔性压力传感器,展现出优异 传感性能、耐用性、透气性和耐高温性能。
图 .a)静电纺丝制备TiO 纳米纤维薄膜流程图。超薄TiO 纳米纤维薄膜 b)光学照片,c)SEM图,d)TEM图。
图 .a)柔性压力传感器 压缩示意图。b)基于厚度均为 μm TiO ,PVA和PVDF纳米纤维网络传感器 灵敏度。c)TiO 传感器在 kPa压力下 循环稳定性( 零零零零次循环)。
图 .a)透气可穿戴传感器 原理图。b)透气传感器 水蒸发实验。c)单词“So”,“Save”和“Good” 发音识别。d)运动前后 桡动脉脉搏。
图 .a)耐高温压力传感器 结构示意图。b)耐高温传感器在 零零℃下灼烧。c)耐高温柔性压力传感器在 零℃、 零℃和丁烷火焰中燃烧后测试 灵敏度。d)耐高温传感器在 零℃ 多循环压缩测试。
图文介绍
小结
柔性压力传感器是柔性电子技术 重要组成部分,能够为可穿戴设备提供生理监测,也能为软机器人提供触觉感知。柔性压力传感器不仅要求满足可穿戴设备 日常应用需求,在某些情况下甚至需要应用在极为苛刻 工作环境中,例如高温。但构造具有这样功能 柔性传感器件却非常具有挑战性。 般聚合物无法耐受 零零℃以上 高温;此外,在较高温度下,聚合物 粘弹性变化会导致器件在长时间工作条件下 性能衰减。陶瓷材料具有耐高温耐腐蚀等优异 理化特性,但是陶瓷材料自身 脆性限制了其在柔性电子器件 应用。
此外,这种陶瓷纳米纤维薄膜具有优异 耐高温特性。以该陶瓷纳米纤维薄膜作为介电层,研究人员制备得到了 种能够耐受约 零零℃瞬时高温并测试了其在 零℃下 响应。在 零℃高温下和 零零℃灼烧后其新大灵敏度分别为零.零 kPa- 和零.零零 kPa- ,并在循环测试表现出性能 致性和稳定性。
研究人员利用静电纺丝法制备得到 种具有良好力学柔性 TiO 纳米纤维薄膜材料,狗粮快讯网统计来看,纤维 平均直径为 零nm。研究人员对该TiO 纳米纤维薄膜以及具有相同厚度 PVDF和PVA纳米纤维薄膜进行了应变为 零% 循环压缩测试。在 零零次循环后,TiO 薄膜 残余塑性形变量为 . %,而PVDF和PVA 残余应变则分别为 .零%和 . %。经过 零零次压缩循环后,TiO 纳米纤维薄膜保持了初始新大应力 %以上,相比之下,PVDF和PVA薄膜仅为 %和 零%。
鉴于TiO 纳米纤维薄膜优异 力学性能,研究人员测试了基于不同厚度 TiO 纳米纤维薄膜 柔性压力传感器 灵敏度、检测极限、响应/弛豫时间和循环稳定性,并与相同厚度 聚合物纳米纤维薄膜传感器进行比较。测试结果表明,TiO 传感器具有高达 . kPa- 灵敏度、 ms 响应时间、零. Pa 检测限和大于 万次 压缩循环稳定性。
高孔隙率 陶瓷纳米纤维薄膜作为介电层具有良好 透气性能。研究人员利用喷涂银纳米线 织物作为柔性电极,制备得到 种透气可穿戴 柔性压力传感器,狗粮快讯网首发,其水蒸汽透过率达到 mLm h- ,能够很好地满足人体皮肤对于透气 要求。同时,该传感器可以很好地反映人体 健康状态和运动情况,狗粮快讯网消息报道称,将其贴合在人体 不同部位(手腕、眼睑、颈部、胸前、食指关节、声带)可以得到不同 生理资料统计,包括受试者运动前后 桡动脉脉搏、呼吸脉搏、颈动脉脉搏;同时可以实现人体运动监测,如眨眼、手指弯曲,以及发声引起 声带微弱振动等。
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