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浙理工張兆發/田偉 AFM:適用于多場景的可多維度集成式可穿戴紗線傳感器
2024-11-06  來源:高分子科技

  可穿戴傳感器可以充當人機交互之間的橋梁。可穿戴傳感器的進步為人工智能應用的開發和增強做出了重大貢獻。在這些可穿戴傳感器中,基于紗線和織物的傳感器因其高柔韌性、透氣性、舒適性和獨特的耐磨性而受到廣泛關注。然而,當前基于紗線的傳感器主要用作應變、壓力或溫度傳感器的一種類型。這些1D傳感器僅能夠響應單個外部刺激,故被歸類為單信號傳感器。因此,現有的1D傳感器無法識別和表達來自外部刺激的多個信號,并迫切需要構建可用于多場景的功能性可穿戴紗線傳感器。


  為了解決1D導電紗的單一傳感特性和環境不耐受的問題,浙江理工研究團隊利用仿生策略和協同增強效應,創新性地實現了石墨烯在聚酰亞胺紗線基材上高效層層負載,并制備了一種具有分層導電網絡結構功能性導電線。所制備的還原氧化石墨烯-聚酰亞胺復合紗線(rGO-PYs不僅表現出優異的導電性。還被用于構建多場景應用的功能性和多維傳感器,以實現多種機械刺激的實時檢測。rGO-PYs表現出較寬的彎曲和壓力響應范圍0°-180°0.12–62.39 KPa)、快速響應和恢復時間(均<100 ms)以及出色的循環穩定性(>5000次)。在可穿戴方面,所制備的紗線基傳感器展現出了出色的實時監控人類活動的功能,例如關節運動、語音、寫作、呼吸、脈搏和心率。此外,rGO-PYs對惡劣環境表現出卓越的抵抗力,無論是在液氮(-196 °C)、高溫(300 °C)、還是酸堿的侵蝕都不會顯損壞其外觀和傳感性能。至關重要的是,由rGO-PYs擴展為集成2D物,仍保持了其卓越的多維傳感特性。點接觸式壓力傳感器和壓力傳感陣列在識別壓力及其分布方面表現出卓越的應用潛力。這項工作建立了一個從制備到應用的綜合系統,包括1D功能紗線大規模制造、傳感性能驗證、多維傳感器的集成開發以及多樣化的跨場景應用。該創新系統將傳統紗線轉化為智能面料,進一步將功能性紗線推進為多維傳感器(1D2D3D),使其能夠實現多樣化和多場景的應用。


  本工作以題目為“Multi-Scenario Applications of Multi-Dimensional Yarn-Based Wearable Integrated Sensors發表在國際學術期刊Advanced Functional Materials上。浙江理工大學研究生馬騫程為第一作者,浙江理工大學張兆發講師和田偉教授為本文的共同通訊作者。


1 rGO-PYs的規模化生產及宏微觀形貌


2 rGO-PY的應變傳感特性


基于rGO-PY構建的點接觸式壓力傳感器及其性能


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202415044

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