大连工业大学王海松教授课题组 Carbohyd. Polym./Chem. Eng. J.：在植物纤维基柔性传感系统取得新进展
2023-05-10 来源：高分子科技
随着人工智能以及物联网在现实生活中的逐步普及，可穿戴柔性传感器因其简单的制造工艺和成熟的信号处理技术引起了广泛关注。同时，难以回收或降解的电子废弃物、较低的灵敏度和有限的检测范围严重阻碍了其实际应用。因此，可再生、可折叠、可降解、低成本、高灵敏度的植物纤维基柔性传感成为目前可穿戴器件领域的研究热点。然而，传统的植物纤维基材料自身的亲水性和低导电性极大地限制了在柔性传感器件领域的多功能化应用。基于此，通过结构设计改善植物纤维基传感器的灵敏度和导电性，并应用于摩擦电纳米发电机、超级电容器和传感器组成的柔性集成传感微系统具有重要意义。
近日，大连工业大学生物基纤维材料与造纸化学品王海松教授团队，以可再生可降解的植物纤维为主要原料，多层石墨烯为导电填料，通过创新结构设计和缺陷修补策略构筑了高灵敏度柔性传感系统，相关论文分别发表在生物材料领域学术期刊Carbohydrate Polymers（中科院一区，IF=10.723）和化工领域学术期刊Chemical Engineering Journal（中科院一区，IF=16.744），王海松教授和杜健副教授为通讯作者，贠童童博士和岳嘉继博士分别为第一作者。
图1. 由人体皮肤结构启发的具有“微裂纹-支架”结构的超灵敏柔性压力传感器
图2. 植物纤维基柔性传感器在弯曲方向的应力传感性能
图3.传感器在肢体行为实时监测和电子皮肤中的应用前景
另外，为了修复传统的还原氧化石墨烯制备过程中形成的形态缺陷，设计了一种简单有效的利用碳化金属-有机骨架(CMOF)修复的新方法。缺陷区域固定的CMOF充当了电子快速通过的桥梁，提高了还原氧化石墨烯对负载机械能的耐受性。含缺陷修补后的还原氧化石墨烯的水凝胶不仅具有良好的力学性能(如抗拉强度为195 kPa)和高电导率(2.42 S/m)，组装成摩擦纳米发电机、超级电容器和传感器器件时，展现出增强的电输出性能。更重要的是，该传感器具有较高的灵敏度(GF为14.68，响应时间短为40 ms)，能够有效识别复杂的人体活动，并能在较窄的范围内准确检测皮肤的温度波动。作为概念验证，由电源、储能和传感单元组成的一体化柔性智能微系统证明了可穿戴电子在检测和识别人体表情、运动和生理信号方面的兼容性和可行性。
图4. 氧化石墨烯修补示意图和集成柔性自供电传感微系统的设计概念
图5. 柔性自供电传感微系统在人体活动监测中的应用
原文链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120898
2. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143358.
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（责任编辑：xu）
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