Ultrahigh sensitivity and wide strain range of porous pressure sensor based on binaryconductive fillers by in-situ polymerization
基于二元导电填料原位聚合的方法制备高灵敏度、宽应变范围的多孔压力传感器
胡志强，信阳阳，傅强*
高性能的可穿戴电子在柔性机器人、人工智能、人机交互、健康医疗等领域显示出了巨大的潜力。由于在心率监测、人声监测和运动数据收集等领域广泛的应用，压力传感器已经吸引了研究人员大量的关注。基于不同的感应机理，通常将压缩应变传感器分为压电式，电容式，摩擦生电式以及压阻式传感器四类。与其他几种类型相比，压阻式传感器具有具有加工简便，宽的应变范围，信号容易收集等优点，因此被研究人员们广泛研究。然而，循环稳定性较差，敏感值较低以及压力应变范围较窄等因素限制了压力传感器的进一步发展。另一方面，现有压力敏感传感器的制备往往涉及高温碳化、化学气相沉积、离子溅射等复杂的制备工艺。为了解决上述问题，我们将多孔的泡沫基体与导电填料相结合，通过PEDOT和Ag NP在聚氨酯泡沫骨架上的原位聚合制备了p-PU/PEDOT-Ag压阻式导电泡沫。
Figure.1 p-PU/PEDOT-Ag导电泡沫加工制备示意图。a) 由PU泡沫制备得到p-PU/PEDOT-Ag泡沫的过程示意图；b) EDOT原位聚合及将银离子还原成Ag可能的机理
实验探究了不同的等离子处理时间、功率、EDOT单体浓度、AgNO3溶液浓度等因素对传感器力学性能和灵敏值的影响。实验结果表明，加入Ag NP之后，传感器的电阻有显著下降，并且在压缩过程中，传感器归一化电阻变化范围更大，灵敏值更高。所得到的压力传感器展现出了极好的性能，应变范围可达0-80%，并且在0-2 kPa的小应变范围内具有极高的灵敏值（3.039 kPa-1），也能承受较宽范围的压力（0-35 kPa），稳定且快速的响应，以及良好的循环稳定性（~1000次）。
Figure.2 不同分辨率的p-PU/PEDOT-Ag泡沫骨架的扫描电镜图片
Figure.3 a) 商用的PU泡沫；b) p-PU/PEDOT泡沫；c) p-PU/PEDOT-Ag泡沫的EDS mapping
Figure.4 导电泡沫的压阻性能：a) p-PU/PEDOT, b) p-PU/PEDOT-Ag 的归一化电流（ΔI/I0）与应变之间的关系。等离子处理时间：0，3，6，9min；c) 在较宽的应变范围内p-PU/PEDOT-Ag传感器的敏感值；d) 在较宽的压力范围内p-PU/PEDOT-Ag导电泡沫的归一化电流与压力的关系
Figure.5 p-PU/PEDOT-Ag导电泡沫的电性能及循环稳定性：a) 不同压缩应变条件下p-PU/PEDOT-Ag的I-V曲线；b) 不同应变范围内p-PU/PEDOT-Ag的压力-时间曲线。应力范围：10%，30%，50%，70%；c) 在不同的压缩频率下p-PU/PEDOT-Ag传感器的敏感性能，频率分别为5，10，15，20 mm/min；d) 泡沫手动压缩回复过程；e) 在0-30%的应变范围内传感器的循环稳定性
Journal of Polymer Research
原文链接：https://doi.org/10.1007/s10965-021-02484-3
资料提供：胡志强
审核：吴凯
编辑:樊茂