柔性和可穿戴电子设备的发展对电极系统提出了越来越高的要求，要求其与主设备无缝连接、高兼容性，以适应复杂的变形条件，保持稳定的性能。在这里，我们提出了一个碳纳米管集成电极(CNTIE)，通过湿拉碳纳米管(CNT)薄膜的末端，形成压缩的细纤维，类似于传统的导电丝电极。以中间CNT薄膜为主要功能部分，CNTIE为自衍生电极，两部分之间具有固有的CNT连接，构成柔性应变传感器。该传感器可转移到通用基板(如气球表面)或封装在热塑性聚合物，表现出很大的线性响应范围(拉伸应变高达1000%)，优良的耐久性和可重复性超过5000次，并能够检测小到大程度的人体运动。此外，基于CNTIE混合膜(MXene/CNT和石墨烯/CNT)的应变传感器在应变范围为0 800%时，也表现出良好的线性和稳定性。与传统的银线电极和单独制备的CNT光纤电极相比，CNTIE在实现高稳定应变循环性能方面发挥了重要作用。我们自主研发的集成电极为解决传统电极的不兼容问题，开发基于碳纳米管和其他纳米材料的高性能柔性可穿戴系统提供了一条潜在的途径
 

 图1 CNTIE的准备。(a) CNTIE制备过程示意图和CNTIE不同部分的形貌。(b) CNTIE的SEM图像。(c,f) CNTIE三角形区域的SEM图像。(d,g) CNTIE三角形部分与CNT光纤交点的SEM图像。(e,h) CNTIECNT纤维的SEM图像。(i)以MXene/CNT和石墨烯/CNT混合膜为传感层的集成电极应变传感器示意图。(j) MXene/CNT混合膜的SEM图像。(k)石墨烯/碳纳米管混合膜的SEM图像。
 
 
图2。不同尺寸衬底应变传感器的机电响应。(a-c)一维衬底(橡皮筋)、二维衬底(带状气球)和三维衬底(充气气球)应变传感器的机电响应。(d)不同尺寸衬底下应变传感器在不同应变下的电阻变化。(e)附在气球上的应变传感器在不同充气状态下的照片。(f)监测充气过程中气球表面张力的变化。
 
  图3 可伸缩可穿戴设备;(a) CNTIE/TPU传感器的制备。(b) CNTIE/TPU应变传感器的相对电阻随应变的变化。(c)报告的柔性传感器线性范围摘要。(d) CNTIE/TPU传感器在ε = 50%和ε = 5%时的机械耐久性为5000次。 (e) MXene/CNTIE/TPU应变传感器的相对电阻随应变的变化。(f)石墨烯/ CNTIE/TPU应变传感器的相对电阻随应变的变化。
 
 
图4。演示了用于运动检测的可穿戴式CNTIE应变传感器的实际应用。(a)一名学生戴着CNTIE/TPU传感器进行皱眉、微笑测试时发出的电信号照片。(b)一名学生戴着装有CNTIE/TPU传感器的面罩进行呼吸测试时发出的电信号照片。(c)一名学生戴着CNTIE/TPU传感器进行饮品测试时发出的电信号照片。(d)一名学生戴着CNTIE/TPU传感器进行咳嗽测试的电子信号照片;(e)学生佩戴CNTIE/TPU传感器进行弯曲测试时发出的电信号照片。(f)水下CNTIE/TPU传感器。
 
  图5。(a) CNTIE、Ag电极、CNT光纤电极示意图。(b) 50%应变下CNTIE、Ag电极和CNT纤维电极100次拉伸释放循环的电阻变化率。(c) 50%应变下CNTIE、Ag电极和CNT纤维电极100次拉伸释放循环的Rn/R0和(ΔRn/Rn)/ΔR0/R0变化。(d)拉伸释放循环100次后CNTIE的形态。
  
        相关科研成果由北京大学Anyuan Cao和Yuanyuan Shang等人于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.1c13530)上。原文：Flexible and Stable Carbon Nanotube Film Strain Sensors with Self-Derived Integrated Electrodes。

转自《石墨烯研究》公众号