【摘 要】
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随着各种智能电子设备的普及,可拉伸、可穿戴式应变传感器因其便携性和可折叠优势,引起了学术界的广泛关注。其中导电聚合物复合材料（CPCs）具有拉伸性能好、成本低、电学性能可调等优点,是制备可拉伸应变传感器的理想材料。然而高灵敏度与宽传感范围的矛盾极大地限制了柔性可穿戴式应变传感器在全范围人体运动监测中的广泛应用。设计一种同时具有高灵敏度和宽传感范围的传感器仍然是一项具有巨大挑战性的工作。因此,为了使
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随着各种智能电子设备的普及,可拉伸、可穿戴式应变传感器因其便携性和可折叠优势,引起了学术界的广泛关注。其中导电聚合物复合材料（CPCs）具有拉伸性能好、成本低、电学性能可调等优点,是制备可拉伸应变传感器的理想材料。然而高灵敏度与宽传感范围的矛盾极大地限制了柔性可穿戴式应变传感器在全范围人体运动监测中的广泛应用。设计一种同时具有高灵敏度和宽传感范围的传感器仍然是一项具有巨大挑战性的工作。因此,为了使应变传感器在较宽的传感范围内表现出理想的灵敏度,通常使用两种策略:一种策略是选择新颖、高性能的传感材料和基体的结构设计,例如,通过引入微阵列,褶皱和裂纹。然而,制备复杂的几何结构可能会增加工艺的复杂性。另一种策略是合理设计复合材料中导电材料的微观结构以提高传感性能。本文中,通过结合以上两种策略同时提高应变传感器的灵敏度的传感范围。采用静电纺丝技术制备多孔热塑性聚氨酯（TPU）纤维膜作为基体材料,通过简单的真空过滤组装法,将不同种类和尺寸的导电纳米填料组装到TPU纤维上,对导电网络进行调控,制备了具有不同微观结构的应变传感器。探索了不同微观结构应变传感器的应变响应行为,并进一步分析了导电网络微观结构与传感性能的关系。CNTs/TPU应变传感器具有超宽的应变响应范围（530%）,有三个高线性度应变区域:0～200%,200%～400%和400%～545%,灵敏度GF值分别是15.3,35.8和120.2;两种MXene/TPU应变传感器（l-MXene/TPU和s-MXene/TPU）均展现出超高的灵敏度分别为4.6×10~6（26.2%～27.5%）和32476.6（140%～170%）,但其高灵敏度时的响应范围非常有限;MXene/CNTs/TPU结合了CNTs/TPU和s-MXene/TPU的优势,具有宽的传感范围（326%）和较高的灵敏度（GF最大为2911）。四种应变传感器均具有短的响应时间以及卓越的应变响应稳定性。最后,该传感器可以成功应用于人体的全方位运动监测,从微小的面部表情和呼吸,到大应变范围的关节运动,在可穿戴设备和人机交互等领域展现出广阔的前景和吸引力。
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