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  西安理工大學任鵬剛教授課題組與四川大學李忠明教授課題組在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上聯合發表了題為“Highly Sensitive and Stretchable Polyurethane Fiber Strain Sensors with Embedded Silver Nanowires”的研究論文。論文的第一作者為西安理工大學材料科學與工程學院博士研究生朱冠軍，西安理工大學任鵬剛教授與四川大學鄢定祥副教授為本文的共同通訊作者。

  柔性聚合物具有優異的柔性和可拉伸性，通常作為應變傳感器的基體材料而廣泛應用于可穿戴智能電子設備及柔性器件中。通過傳統的混合法或表面涂布法制備的應變傳感器存在柔性和彈性不足、導電材料易脫落等問題，嚴重影響傳感器的響應尺度及穩定性。

  為此任鵬剛教授及李忠明教授課題組通過嵌入式結構設計及簡單的毛細管成型方法制備了具有較高柔韌性、靈敏度、穩定性和耐久性的拉伸型纖維應變傳感器。即利用玻璃毛細管的虹吸原理，將銀納米線（AgNW）嵌入到聚氨酯（PU）纖維的表面層內，制備了導電性能和柔性具佳的PU纖維傳感器，如圖1所示。該纖維在拉伸過程中，AgNW會隨PU纖維形變而運動，從而產生較強的電傳感信號；這種嵌入結構同時又保證了AgNW不易從PU纖維上脫落，使傳感器具有較高的靈敏度、快速響應（49 ms）及良好的循環穩定性，如圖2所示。在此基礎上，還對所制備的PU/AgNW纖維傳感器在人體行為監測的效果進行了研究，結果表明該傳感器不僅可以準確、實時的監測出人體關節運動狀態及微小差異，還可以監測出由面部肌肉運動引起的表情變化，如圖3所示。

圖1 PU/AgNW纖維結構示意圖

圖2 (a). PU/AgNW纖維應變傳感器的相對電阻隨應變的變化曲線。 (b). PU/AgNW纖維應變傳感器在未拉伸狀態和拉伸狀態下的導電網絡示意圖。 (c). PU/AgNW纖維應變傳感器在應變為5%，速率為10 mm/min，循環2500次的多周期測試。

圖3 PU/AgNW纖維應變傳感器在人體監測中的響應曲線。(a). 手指彎曲，(b). 手腕彎曲，(c).肘部彎曲，(d). 嘟嘴，(e). 微笑，(f). 皺眉。

  該研究為制備具有良好綜合性能的纖維應變傳感器提供了一種實用、有意義的策略，所制備的傳感器在柔性電子、人體運動監測等領域有著潛在的應用前景。該研究提出的對傳感器進行嵌入式結構設計的策略，通過添加其他導電功能材料、調控組分和微觀結構，對傳感器的結構設計具有重要的指導意義，同時該策略為制備新型大應變、高靈敏度及優異的穩定性和耐久性的傳感器提供了新思路。另外，該研究還提出了一種普適性的毛細管成型法來制備柔性纖維，利用該方法可以精確調控纖維尺寸，該方法工藝簡單、易成型，為制備特殊結構的纖維提供了有價值的參考。

  該研究得到了國家自然科學基金項目的大力支持(51573147, 21706208, 51773167,21704070)。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.9b08611