近期，人类体感监测、机器人学和人机交互系统等领域受到了广泛的关注，因此对柔性可拉伸的多功能器件的需求也大幅提升。其中，基于纳米材料的柔性可穿戴应变传感器、能量存储器件以及加热器是一类应用前景非常广泛的功能性器件，但同时实现制备工艺的批量化、成本低廉化以及环境友好化依然是亟需解决的难题。近期，来自新西兰奥克兰大学的Souri小组探究了石墨烯纳米片/炭黑与棉毛织物的杂化反应并开发出一种高延展性导电织物的批量化制备工艺，将导电织物与高弹聚合物复合即实现一种高弹性且可穿戴的应变传感器与加热器。该柔性功能性电子器件的制备工艺具有流程简单、成本低廉、环境友好且可批量化的特点，在柔性电子相关工业领域具有良好的应用潜力。
图一 基于棉毛织物的可穿戴器件制备示意图
这种基于棉毛织物的可穿戴器件制备工艺主要分为三个部分，如图一所示。首先通过搅拌与超声分散工艺制备碳纳米材料的水分散液，包含有石墨烯纳米片、炭黑颗粒和表面活性剂（SDBS）。然后，将织物放入碳纳米材料的水分散液并进行20 min超声处理，即可获得表面均匀包覆碳纳米材料颗粒的导电织物。最后，制备Ecoflex固化薄膜作为基底，将干燥的导电织物置于基底上后，用Ecoflex进行封装。所制备的柔性器件具有良好的力学柔性，可以进行弯折、扭曲以及拉伸等大范围变形。
图二 基于棉毛织物的大应变传感器的传感性能表征
该应变传感器具有良好的传感器性能，是一种长程稳定传感的应变传感器。其灵敏因子达20.4，可实现超过100%的应变检测，且具有良好的灵敏度、稳定性、低滞后性。该传感器可以实现多种人类运动的实时监测，包括手指、手腕以及膝关节的运动以及声音的稳定识别，如图二所示。
图三 基于棉毛织物的加热器的性能表征
基于棉毛织物的加热器的性能表征如图三所示。该加热器在20 V电压驱动下，最高温度可以达到103 ℃，同时在50%的大拉伸变形状态下依然可保持良好的工作状态。
文献来源: ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10,20845-20853
发表日期: May 29, 2018
来源：OIL实验室
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