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用于可穿戴电子设备和软机器人的可拉伸,可压缩传感器

发布时间:2020/03/18 新闻 浏览次数:400

 
最近的技术进步已使越来越复杂的电子设备的发展成为可能。其中一些新工具,特别是可穿戴设备和软机器人,需要或可以从包括传感器,致动器和超级电容器在内的柔性电子组件中受益匪浅。
中国郑州大学和北京大学的研究人员最近开发了一种新型可拉伸和可压缩的水凝胶应变传感器,可用于制造具有传感功能的各种柔性或软技术,包括健康追踪器和机器人皮肤。该传感器发表在《高分子材料与工程》上的论文中,具有易于制造和价格合理的优点,因此非常适合大规模实施。
研究人员通过将碳纳米纤维粉末(CFP)均匀分散在基于聚乙烯醇(PVA)的水凝胶中而制成。迄今为止,PVA由于其优越的机械性能和可生物降解的事实,已被证明对于柔性电子产品的开发具有很高的前景。
通过将CFP分散在基于PVA的水凝胶中,研究人员能够增强材料的机械强度并增加其电导率。他们采用了所谓的“冻融循环”方法,该方法需要反复冷冻和融化某种物质。
发现由该方法生产的PVA / CFP水凝胶表现出宽的拉伸范围(366%)和压缩范围(70%)。这使其成为开发高度灵活的电子产品的理想选择,可以在保持最佳传感能力的同时对其进行拉伸或压缩。
“在1000次装卸循环中,PVA / CFP水凝胶的塑性变形低(拉伸和压缩均<10%),能量损失效率低(拉伸时为5.62%,压缩时为12.13%),并且机械性能稳定强度和出色的敏感性,无论是拉伸到100%还是压缩到50%应变,”研究人员在论文中写道。
除了相当简单和有效之外,这种用于制造可拉伸和可压缩传感器的方法是低成本的,因此可以容易地扩大规模。此外,它还可以开发出高性能的传感器,可以检测各种人类行为或活动。
例如,使用新的制造策略创建的传感器可以准确检测用户何时弯曲或伸展其关节,呼吸和吞咽。他们还可以感知人类行走或移动时压力的变化。
研究人员在几种情况下测试了他们的传感器,将它们放在用户的手腕上以检测拳头肌肉的张力,在喉咙上以监测吞咽,在胃上以检测呼吸,或在鞋底下以监测用户的步行行为。他们还使用相同的传感器来检测人的触摸以及他/她何时按下传感器。
碳纳米纤维聚合物水凝胶应变传感器已经取得了令人鼓舞的结果,突出了其在各种应用中的潜力。将来,它可以用于开发新的可穿戴设备,例如智能手表和健康跟踪器,但它也可以使具有先进传感功能的可拉伸电子皮肤得以制造。