浙江大學(xué)：研發(fā)石墨烯/碳納米管/PDMS復(fù)合材料的柔性水生觸覺(jué)傳感器

水下對(duì)各種力的感知在水上探險(xiǎn)活動(dòng)中具有重要意義，而柔性觸覺(jué)傳感器的實(shí)現(xiàn)面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。本文，浙江大學(xué)汪延成 教授 團(tuán)隊(duì)在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“Waterproof and Flexible Aquatic Tactile Sensor with Interlocked Ripple Structures for Broad Range Force Sensing"的論文，研究介紹了一種基于防水石墨烯（GR）/碳納米管（CNT）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）復(fù)合材料的新型柔性水下觸覺(jué)傳感器。所制備的石墨烯/碳納米管/PDMS 復(fù)合材料具有優(yōu)異的疏水和機(jī)電性能，水接觸角超過(guò) 134°，測(cè)量系數(shù)高達(dá)2296，是水下大范圍力傳感的理想壓阻傳感材料。所提出的觸覺(jué)傳感器具有3×3個(gè)傳感單元，并采用雙互鎖水波紋結(jié)構(gòu)來(lái)提高靈敏度和力檢測(cè)范圍。

制成的觸覺(jué)傳感器具有兩種不同的靈敏度：在 0.062-150 kPa 時(shí)靈敏度高，為 0.0338 kPa-1；在 150-450 kPa 時(shí)靈敏度低，為 0.00357 kPa-1。此外，該傳感器在水生環(huán)境中表現(xiàn)出的電阻響應(yīng)、快速動(dòng)態(tài)恢復(fù)以及機(jī)械和電氣穩(wěn)定性。然后，將水生觸覺(jué)傳感器佩戴在人的手掌上，檢測(cè)抓取不同形狀和硬度的物體時(shí)接觸力的分布和變化，展示了所開(kāi)發(fā)的水生觸覺(jué)傳感器在水下應(yīng)用于大范圍力傳感的潛力。

綜上所述，我們提出了一種新型柔性水上觸覺(jué)傳感器，該傳感器采用雙互鎖水波紋結(jié)構(gòu)，以提高其力感應(yīng)靈敏度和范圍。我們制備了防水的 GR/CNT/PDMS 復(fù)合材料作為傳感材料，并使用 PPMS 改善了 GRs 和 CNTs 在 PDMS 基材中的分散性。材料測(cè)試表明，GR/CNT/PDMS 復(fù)合材料具有優(yōu)異的疏水性能，即使在 40% 的拉伸應(yīng)變下，水接觸角也超過(guò) 134°。在 128%的拉伸應(yīng)變下，復(fù)合材料的 GF 值為 2296，遠(yuǎn)高于 AgNF/PDMS 電極在 140% 拉伸應(yīng)變下的12GF 值。表征測(cè)試表明，水生觸覺(jué)傳感器具有兩種靈敏度，可進(jìn)行廣泛的力感應(yīng)：在 0.062-150kPa 時(shí)靈敏度高，為 0.0338kPa-1；在 150-450 kPa 時(shí)靈敏度低，為 0.00357kPa-1。

此外，該觸覺(jué)傳感器還具有良好的電阻響應(yīng)、快速恢復(fù)和穩(wěn)定的水下重復(fù)性。水下物體抓取實(shí)驗(yàn)表明，所開(kāi)發(fā)的水下觸覺(jué)傳感器能夠準(zhǔn)確檢測(cè)抓取不同形狀和硬度物體時(shí)的接觸力分布。在今后的工作中，將進(jìn)行水下觸覺(jué)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便與水下機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，并將水下觸覺(jué)傳感器應(yīng)用于深水下的物體操作。

來(lái)源：傳感器專家網(wǎng)