郑州大学申长雨院士和刘春太教授团队近日在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上发表了题为“Highly Compressible and Robust Polyimide/Carbon Nanotube Composite Aerogel for High-Performance Wearable Pressure Sensor”的研究论文。论文的第一作者为郑州大学橡塑模具国家工程研究中心2018级硕士研究生陈晓玉,郑州大学刘虎副教授为本文的通讯作者。
聚酰亚胺(PI)是一种综合性能十分优良的工程塑料,具有耐高温、耐低温、耐磨损,耐腐蚀,耐辐射,机械性能优异等特点,是一种制备高性能可穿戴压力传感器的优良基体。因此申长雨院士和刘春太教授团队选用水溶性PI前驱体(PAA),采用溶液共混-冷冻干燥-热酰胺化工艺制备出了一种质轻、高弹性、高孔隙率、耐高温的PI/CNT导电复合气凝胶。该气凝胶作为压力传感器具有宽的传感范围(80%应变,61 kPa)、超高的灵敏度(11.28 kPa-1)、超低的探测限(0.1%应变,< 10 Pa)、快速响应时间(50 ms)和恢复时间(70 ms)和优异的循环稳定性(1000个循环)。同时对于不同类型的变形(压缩、变形和弯曲)均表现出稳定的响应性能。最后,基于PI优异的耐高温特性,传感器在经过系列不同的高温退火处理后仍能表现出稳定的传感响应性能。
图1 (A)PI/CNT复合气凝胶制备过程工艺示意图;(B)PI/CNT气凝胶的SEM图。
图2 PI/CNT气凝胶的(A)FT-IR,(B)XPS和(C)Raman光谱;(D-E) PI/CNT气凝胶压缩性能研究。
图3(A-C)PI/CNT气凝胶压敏响应性能;PI/CNT复合材料气凝胶的(D)弯曲和(E)扭转响应性能;(F)不同高温处理后PI/CNT气凝胶的循环压敏响应性能。
图4 (A-C)PI/CNT气凝胶对人体生理/运动信号的监测;(D-F)PI/CNT气凝胶在柔性电子皮肤中的应用研究。
PI/CNT气凝胶优异的可压缩性和稳定的电性能赋予稳定的传感性能,能够有效检测各种人体生理和运动信号(包括气流、脉搏和人体运动),并能够用于制备柔性电子皮肤,精确检测不同位置的应力分布。该研究对制备高性能压力传感器具有重要的指导意义。
该项研究得到了国家自然科学基金项目 (51803191, 11572290, 11432003);中国博士后科学基金(2018M642782);河南省博士后研究基金(001801007);“111”引智计划(D18023);国家重点研发计划(2016YFB0101602)的资助。
- 兰州化物所王道爱研究员团队 AFM:自适应限域润滑策略实现多孔聚酰亚胺的超低摩擦和磨损 2025-08-12
- 华南理工大学王林格教授团队 AFM:开发了一类兼具高透明性和高稳定性的无色聚酰亚胺复合薄膜 2025-07-11
- 宁波材料所王震/阎敬灵团队 JMCA: 聚酰亚胺/石墨烯气凝胶的分级多孔结构实现力学和电磁屏蔽兼容 2025-06-19
- 港理工王立秋、张艺媛/港大尹晓波 Adv. Mater.:磁性软材料中的时空磁化调制 2025-07-25
- 香港城市大学胡金莲教授团队 Adv. Sci.: 可穿戴生物电子技术突破 - 居家管理肌肉萎缩成为可能 2025-07-16
- 华南农大胡传双教授、林秀仪副教授、徐江涛副教授 Adv. Sci.:双网络离子水凝胶实现可穿戴电子器件电磁屏蔽与自供电传感一体化 2025-07-03
- 新疆大学吐尔逊·阿不都热依木教授团队 J. Hazard. Mater./CEJ:壳聚糖基分子印迹电化学传感器的构筑及其性能研究 2025-08-06