カーボンナノチューブとグラフェンを備えた多孔質ポリジメチルシロキサンハイブリッドに基づくウェアラブルひずみセンサー

ウェアラブルインテリジェントエレクトロニクスの迅速な発達により、高性能の柔軟なひずみセンサーが緊急に必要です。ここでは、柔軟な多孔質ポリジメチルシロキサン（CNT-GR/PDMS）ナノコンポジットを充填するためのカーボンナノチューブ（CNT）およびグラフェン（GR）の二羽器が設計および調製されています。典型的な微孔構造は、ソックスレット抽出技術を使用して成功裏に構築され、接続されたCNTとGRは、多孔質骨格に完全な3次元導電性ネットワークを構築しました。その結果、CNT-GR/PDMSベースのひずみセンサーの伸縮性と感度は、多孔質構造と典型的な相乗的導電性ネットワークに基づいて十分に調節されていました。さらに、この材料は、超低応答時間（0.5％のひずみ）、高速応答時間（60ミリ秒）、良好な安定性と耐久性（10,000サイクル）、および周波数/ひずみ依存性のセンシングパフォーマンスも示し、さまざまな外部環境の検出のためにアクティブになりました。最後に、調製した多孔質CNTS-GR/PDMSベースのひずみセンサーを皮膚に取り付けて、手首の曲げ、指の曲げ、肘の曲げ、膝の曲げなどのさまざまな人間の動きを検出し、それによりスマートウェアラブルデバイスの幅広いアプリケーションの見通しを示しました。

High-performance flexible strain sensors are urgently needed with the rapid development of wearable intelligent electronics. Here, a bifiller of carbon nanotubes (CNTs) and graphene (GR) for filling flexible porous polydimethylsiloxane (CNT-GR/PDMS) nanocomposites is designed and prepared for strain-sensing applications. The typical microporous structure was successfully constructed using the Soxhlet extraction technique, and the connected CNTs and GR constructed a perfect three-dimensional conductive network in the porous skeleton. As a result, the stretchability and sensitivity of the CNT-GR/PDMS-based strain sensors were well regulated based on the porous structure and the typical synergistic conductive network. Based on the destruction effect of the brittle synergistic conductive network located in the outer and inner layers of the cell skeleton and the contact effect between adjacent cells in different strain ranges, the prepared CNTs-GR/PDMS-based strain sensor exhibited superior gauge factors of 182.5, 45.6, 70.2, and 186.5 in the 0-3, 3-57, 57-90, and 90-120% strain regions, respectively. In addition, this material also exhibited an ultralow detection limit (0.5% strain), a fast response time (60 ms), good stability and durability (10,000 cycles), and frequency-/strain-dependent sensing performances, making it active for the detection of various external environments. Finally, the prepared porous CNTs-GR/PDMS-based strain sensor was attached to the skin to detect various human motions, such as wrist bending, finger bending, elbow bending, and knee bending, thereby demonstrating wide application prospects in smart wearable devices.