ニトリルゴムとカーボンブラックのポリドパミン被覆ナノコンポジットで製造された生体適合性の柔軟なひずみセンサー

柔軟な、生体適合性のあるニトリルブタジエンゴム（NBR）ベースのひずみセンサーが高い伸縮性、優れた感度、優れた再現性を備えた歪みセンサーが初めて提示されます。カーボンブラック（CB）粒子は、溶解コーティング技術を介してNBRマトリックスに埋め込まれ、得られたNBR/CB複合材をポリドパミン（PDA）でコーティングしてCB層を保存しました。NBRフィルムの機械的特性は、CBとPDAの添加により大幅に改善されることがわかっており、生成された複合フィルムは非セト毒性で非常に生体適合性がありました。ひずみ感知テストでは、CB/NBRフィルムを開始していないCB/NBRフィルムは、高感覚範囲（〜550％のひずみ）と良好な感度（ゲージ係数52.2）を持っていることが示されましたが、PDA/NBR/CBフィルムはやや減少したセンシング範囲を示しています（ひずみ帯が示されています。〜180％）が、感度が大幅に改善されました（ゲージ係数346）。周期的なひずみ感知テストから得られたヒステリシス曲線は、センサー材料の顕著な堅牢性を示しています。調査対象のひずみセンサーで観察された一軸および周期的ひずみセンシング挙動を正確に記述するために、3つの新規方程式が開発されました。手袋と膝/肘のカバーはフィルムから生成され、異なる指、肘、膝の動きによって生成される信号が簡単に区別できることを明らかにしているため、PDA/NBR/CB複合材フィルムが幅広いウェアラブルで使用できることを確認します。ひずみセンサーアプリケーション。

A flexible, biocompatible, nitrile butadiene rubber (NBR)-based strain sensor with high stretchability, good sensitivity, and excellent repeatability is presented for the first time. Carbon black (CB) particles were embedded into an NBR matrix via a dissolving-coating technique, and the obtained NBR/CB composite was coated with polydopamine (PDA) to preserve the CB layer. The mechanical properties of the NBR films were found to be significantly improved with the addition of CB and PDA, and the produced composite films were noncytotoxic and highly biocompatible. Strain-sensing tests showed that the uncoated CB/NBR films possess a high sensing range (strain of ∼550%) and good sensitivity (gauge factor of 52.2), whereas the PDA/NBR/CB films show a somewhat reduced sensing range (strain of ∼180%) but significantly improved sensitivity (gauge factor of 346). The hysteresis curves obtained from cyclic strain-sensing tests demonstrate the prominent robustness of the sensor material. Three novel equations were developed to accurately describe the uniaxial and cyclic strain-sensing behavior observed for the investigated strain sensors. Gloves and knee/elbow covers were produced from the films, revealing that the signals generated by different finger, elbow, and knee movements are easily distinguishable, thus confirming that the PDA/NBR/CB composite films can be used in a wide range of wearable strain sensor applications.