具有可伸缩的、灵敏的纤维状应变传感器具有稳定的传感性能，是可穿戴电子设备的理想之选。然而，对于实际应用而言，简单且经济地大规模制造这种应变传感器仍然是挑战。在本文中，我们报道了一种应变传感器，该传感器基于热塑性聚氨酯（TPU）层，通过浸涂工艺包裹了芯-鞘单层碳纳米管（SWCNT）还原氧化石墨烯（RGO）/PU复合纤维。SWCNT和RGO之间的协同作用有助于在弹性PU芯上形成高度敏感的导电层，而最外面的TPU层则可以保护导电层免于磨损或分层。结果表明，在导电层中具有50 wt％RGO的光纤传感器同时具有465％的宽感测范围，高达114.7的高应变系数（GF）和良好的循环稳定性（超过1000个拉伸循环）。重要的是，即使在超声浴中经过250分钟的苛刻处理，光纤传感器也显示出高稳定性，电导率几乎没有变化。还演示了我们的光纤传感器在监测人体运动（如肘部弯曲、发声、脉搏和水下感应）中的应用。报道的光纤应变传感器为下一代智能可穿戴设备提供了很好的选择。
 

Figure 1. （a）TPU/SWCNTRGO/PU应变传感器的合成过程。（b）RGO的TEM图像。（c）具有50 wt％RGO的SWCNT-RGO的TEM图像。（d）TPU/SWCNT-RGO/PU应变传感器的照片。（e）PU、SWCNT-RGO/PU和TPU/SWCNT-RGO/PU应变传感器的照片。（f）TPU/SWCNT-RGO/PU应变传感器的横截面光学显微照片。
 

Figure 2. （a,b）不同倍率下，聚氨酯复丝的SEM图像。（c,d）不同倍率下，SWCNT-RGO/PU纤维的SEM图像。（e,f）TPU/SWCNT-RGO/PU纤维在不同放大倍数下的SEM图像。（g,h）TPU/SWCNT-RGO/PU纤维在不同放大倍数下的截面SEM图像。
 
  
Figure 3. （a）具有不同RGO含量的光纤应变传感器的∆R/R₀作为所施加应变的函数。（b）具有50 wt％RGO的光纤应变传感器的∆R/R₀和GF作为所施加应变的函数。（c）具有70 wt％RGO的光纤应变传感器的∆R/R₀和GF作为所施加应变的函数。（d）具有50 wt％RGO的纤维应变传感器的∆R/R₀作为超声时间的函数。（e）在不同应变率下，具有50％RGO的光纤应变传感器的∆R/R₀作为所施加应变的函数。（f）随施加应变而变化，具有不同导电填料含量的纤维应变传感器的∆R/R₀。
 
       相关研究成果于2021年由东华大学Yan Wang课题组，发表在J Mater Sci（https://doi.org/10.1007/s10853-020-05394-9）上。原文：Encapsulated core–sheath carbon nanotube–graphene/polyurethane composite fiber for highly stable, stretchable, and sensitive strain sensor。

转自《石墨烯杂志》公众号