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清华大学在石墨烯/高分子复合凝胶柔性应变传感材料上取得进展

中研股份2019年4月15日讯  目前关于应变传感材料的研究已取得了一定进展,但由于较差的适应性和耐久性,在应用方面仍然受到限制,尤其体现在对柔性有特殊要求的复杂运动检测场合。此外,应变传感的应用受限于特定应变测量范围和灵敏度。开发同时具有高灵敏度和大变形能力的应变传感器仍然具有挑战性。

柔性应变传感器用于检测动态变形下的电信号变化,在人体运动检测、医疗保健、语音识别、机器人等方面具有广泛的应用。监测物理信号(如温度,湿度、流量等)的方法众多,其中最实用的是利用共形应变传感器检测表面由各种物理信号诱发的形变,以此来表征物理信号的变化。

清华大学材料学院朱宏伟教授团队采用生物矿化方法合成了一种动态交联、可自愈合的石墨烯/高分子复合凝胶材料用于柔性大应变传感(图1)。以石墨烯/高分子凝胶为传感材料,借助其动态交联网络结构的延展性及导电性,贴附于异型表面制备了不同结构(“三明治”夹层结构、纤维结构、自支撑结构)的电阻式应变传感器,具有大量程(高达500%)、高灵敏度、适应性强(在空气中和水下均能正常工作)、可靠耐用等特点,实现了多种复杂动态形变信号(摆动、蠕动、扭动及人体关节运动)的实时快速监测(图2)。

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清华大学在石墨烯/高分子复合凝胶柔性应变传感材料上取得进展

图1. 石墨烯/高分子复合凝胶

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图2. 复杂动态形变检测:(a) 摆动; (b) 蠕动; (c) 扭动

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