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  近年來，柔性可穿戴功能傳感器的迅速發展改變了傳統的醫療診斷模式，賦予其可穿戴、舒適、遠程操作、及時反饋等綜合特性，推動了可穿戴人體活動監測和個人健康管理的出現。在眾多可穿戴傳感器的應用中，應變傳感和溫度傳感是重要的研究方向。應變響應的高靈敏度是準確檢測人體引起的細微運動（例如脈搏和心跳）到關節、肌肉大尺度動作的關鍵。同時，實時且連續的皮膚溫度監測對于預測人體和熱環境的認知狀態以及疾病的早期診斷至關重要。一般來說，為了滿足全人體運動檢測和實時溫度變化監測的基本要求，傳感器不僅要具備寬廣的響應范圍和全工作范圍內的高靈敏度，還必須具備較高的電阻溫度系數和溫度分辨力。然而，目前大多數可穿戴傳感材料的實際應用普遍受限于柔性拉伸、靈敏度與力學強度不理想，導電率較低、熱敏性差以及感官功能單一等問題。

  近期，廣西大學徐傳輝教授課題組設計了一種以橡膠為基材，具有高靈敏度、低檢測限、高溫度系數和高力學強度的多功能柔性傳感器材料。該橡膠復合材料由羧基丁苯橡膠（XSBR）與天然高分子絲膠（SS）非共價鍵修飾的碳納米管（CNTs）通過加工手段調控膠乳復合成膜制備（如圖1）。

圖1 XSBR/SSCNT傳感器的制備與形貌表征

  其中SS來源蠶絲屬可再生資源，能夠提高碳納米管在橡膠基體中的分散性，而不會對CNTs造成任何化學破壞。由此制備的XSBR/SSCNT傳感器能夠檢測細微和大的變形，具有217%伸長率、12.58 MPa拉伸強度、25.98 高靈敏度（即應變系數）、1% 應變低檢測限，0.071 S/m高電導率和 0.504 wt%滲透閾值（如圖2）。

圖2 XSBR/SSCNT傳感器的導電性以及靈敏性

  此外，XSBR/SSCNT傳感器還具有令人滿意的熱敏性（0.01636 ℃^-1）和出色的溫度響應（如圖3）。

圖3 XSBR/SSCNT傳感器的溫度傳感特性及機制

  不僅可檢測人體手指、手腕、肘部和膝蓋彎曲等大變形運動，還可快速對人體細微動作如脈搏、面部表情、說話和呼吸等做出準確響應。此外，XSBR/SSCNT傳感器還可用于人體體溫測量（如圖4、5）。

圖4 XSBR/SSCNT作為可穿戴傳感器的真實演示

圖5 XSBR/SSCNT可穿戴傳感器的實際應用

  綜上，該橡膠復合材料應用于傳感器具有實時和原位生理信號的集成跟蹤能力，為開發可穿戴人工智能在人體健康和運動監測方面提供了新途徑。

  相關成果近期以“A High-Performance, Sensitive, Wearable Multifunctional Sensor Based on Rubber/CNT for Human Motion and Skin Temperature Detection”為標題發表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2021, 2107309）上。論文的第一作者為廣西大學化學化工學院碩士生林夢轉，通訊作者為徐傳輝教授。該研究得到國家自然科學基金資助。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107309