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近期，东华大学王华平研究员团队以热塑性聚氨酯(TPU)为弹性基体，碳纳米管(CNTs)为活性传感材料，通过同轴湿法纺丝工艺制备了一种具备裂纹结构的一体式TPU/CNTs核鞘纤维应变传感器。该纤维传感器展现出级的超高灵敏度、低于0.01%的检测限以及超过%的宽工作范围，可满足全范围人体运动检测要求，为克服灵敏度与工作范围之间的权衡问题提供一种解决方案。其次，一体化的整合策略提供了强界面结合力，为传感器的长期循环稳定性提供了保障。最后，通过与聚氨酯纤维纺织整合，获得了可用于手势识别的智能手套，利用蓝牙无线传输技术与手机或计算机协同工作，在手指训练和盲人辅助等方面具有应用潜力。总之，一体式核鞘纤维传感器将为人体运动检测以及人机交互等领域的开发提供广阔的平台。该工作以“Crack-BasedCore-SheathFiberStrainSensorswithanUltralowDetectionLimitandanUltrawideWorkingRange”为题发表在《ACSAppl.Mater.Interfaces》上。文章第一作者是东华大学材料科学与工程学院级博士研究生屈向阳。该研究得到国家自然科学基金委和东华大学创新基金的支持。
图1基于同轴湿法纺丝技术的TPU/CNTs核鞘纤维的制备流程图。
图2纤维传感器的应变感应性能。（a）纤维传感器的ΔR/R0-应变曲线。（b）和（c）传感器在不同应变下的循环测试。（d）传感器在不同应变下的电流-电压曲线（插图显示了60cm纤维在12v电压下点亮LED灯）（e）纤维传感器的响应和恢复时间（f）纤维传感器在不同频率下的响应能力（g）在灵敏度、最低检测限和工作范围三个方面与近年发表裂纹结构纤维传感器的对比图（h）纤维传感器超过次的循环稳定性测试。图3（a）智能手套的制备及运行机理示意图。（b）智能手套存在的潜在应用。（c）智能手套对不同手势的传感信号。该工作是团队近期关于纤维传感器相关研究的最新进展之一。智能纤维的研究是该团队一直的研究方向（ChemicalEngineeringJournal,,–；ElectrochimicaActa,,?；ChemicalEngineeringJournal,,等）。在前期，该团队还探究了细菌纤维素和银纳米线复合结构用于压力和距离传感的研究（ACSNano,14,–）以及制备高强细菌纤维素纤维和螺旋结构的细菌纤维素纤维用于超级电容器以及水传感器的研究（ACSAppl.Mater.Interfaces,13,?;ChemicalEngineeringJournal,,；ACSAppl.Mater.Interfaces,14,），接下来团队将对纤维的智能化以及应用进行进一步的深入研究。原文链接：