【儀表網 研發快訊】柔性可穿戴傳感器能夠實時監測各種人體信號，在運動檢測、健康管理等領域具有重要價值。以往的研究表明，具有多孔結構的傳感器可以顯著提高其響應靈敏度，并賦予其更高的可壓縮性。因此，泡沫壓阻傳感器已受到研究人員的廣泛關注。然而，制備這些泡沫傳感器的方法(如3D打印、冷凍干燥、模板法和浸涂法等)復雜、耗時且不環保。此外，基于氣凝膠和海綿的傳感器通常靈敏度低、抗壓強度差，檢測范圍有限。超臨界二氧化碳發泡是一種新的、環境友好的方法，但由于導電復合材料過高的熔體強度，難以獲得高孔隙率的壓阻泡沫以改善其工作范圍。因此，通過綠色手段制備寬響應范圍、高靈敏度的泡沫壓阻傳感器面臨巨大挑戰。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子先進加工團隊鄭文革研究員和汪龍研究員一直致力于熱塑性彈性體泡沫功能化相關的科研工作(Chem. Eng. J., 2023, 455, 140860；Compos. Commun., 2023, 40, 101628; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, 15, 57613-57625；Composites, Part B, 2024, 277, 111412)。
近日，針對隨機結構復合材料熔體強度過高，難以通過超臨界二氧化碳發泡制備低密度壓阻傳感器的問題。團隊通過構建宏觀隔離結構，促使填料選擇性分散在彈性體粒子界面，一方面使得填料幾乎不對復合材料的發泡行為產生影響，有效解決了材料的發泡問題，獲得了低密度的(約0.1 g/cm3)泡沫傳感器；另一方面填料的選擇性分散使得材料擁有密集的導電網絡，賦予了泡沫低導電逾滲閾值(0.011 vol%)和良好的電導率。因此，制備的傳感器具有超寬的應變/壓力檢測范圍(0.5%～90%壓縮應變/0.5～3800 kPa)(Composites, Part B，2024，277，111412)。該傳感器能作為功能鞋底材料可監測人體的不同運動，此外，其還具有良好的疏水性(水接觸角為140°)，在水下能夠保持正常傳感功能。
相關成果以“An ultra-lightweight and hydrophobic piezoresistive foam with super-wide strain and pressure detection range”為題發表在Composites Part B: Engineering(https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111412)。寧波材料所博士生李學云為該論文第一作者，寧波材料所汪龍研究員為該論文的通訊作者。本研究得到國家自然科學基金(52003280)和寧波市科技創新2025重大專項(2021Z052)等的支持。(高分子與復合材料實驗室 李學云)
圖1 制備的系列泡沫壓阻傳感器的結構、性能以及在人體運動領域的應用
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