盡管織物基壓力傳感器已經(jīng)取得了一系列重要進(jìn)展，但是導(dǎo)電物質(zhì)與纖維之間的兼容性差、黏附度弱，易導(dǎo)致在摩擦、洗滌時(shí)導(dǎo)電涂層破裂和脫落，使傳感器的導(dǎo)電性下降，破壞其長(zhǎng)期穩(wěn)定性，縮短壽命。

近期，東華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于碳納米管（CNTs）和雙組分纖維非織造材料制備了低成本且可批量化生產(chǎn)的3D全織物壓阻傳感器。其由多層全織物結(jié)構(gòu)組成，呈現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能、良好的柔韌性和透氣性，可用于人體生命活動(dòng)（如脈搏、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等）以及食指彎曲運(yùn)動(dòng)的無(wú)線監(jiān)測(cè)。在可穿戴電子、健康監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互等新興領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

研究人員以聚乙烯（PE）切片和親水性切片（含量為5 wt.%）為鞘層，聚丙烯（PP）切片為芯層，將工業(yè)化紡絲成網(wǎng)與熱風(fēng)粘合技術(shù)相結(jié)合制備了親水性PP-PE雙組分紡粘非織造材料（PP-PE NWs），再通過(guò)浸漬方法和原位熱焊接技術(shù)將CNT網(wǎng)絡(luò)固定在PP-PE纖維的表面，多層疊加制備出3D全織物壓阻傳感器。PP-PE纖維的芯鞘截面結(jié)構(gòu)經(jīng)熱風(fēng)處理后，相鄰纖維間形成了粘合點(diǎn)，呈現(xiàn)出良好的機(jī)械性能，滿足可穿戴壓阻傳感器的需求。

研究發(fā)現(xiàn)，熱焊接溫度低（120 ℃），CNT難嵌入PP-PE纖維，導(dǎo)致CNT/PP-PE NWs的耐摩擦和耐水洗色牢度差；熱焊接溫度過(guò)高（140 ℃），使大部分PE與CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)混合，耐摩擦和耐水洗色牢度強(qiáng)，但絕緣性的PE會(huì)阻隔CNT網(wǎng)絡(luò)的相互連接，導(dǎo)致CNT/PP-PE NWs的電阻明顯增大。因此，130 °C為最佳熱焊接溫度。

研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)CNT/PP-PE NWs的數(shù)量從1增至7時(shí)，傳感器的靈敏度明顯提高，透氣性從1382.12 mm/s降低至465.57 mm/s。為了準(zhǔn)確獲取人體的生命活動(dòng)，當(dāng)設(shè)定CNT/PP-PE NWs的層數(shù)為5時(shí)，傳感器顯示出高靈敏度、良好的透氣性、優(yōu)異的穩(wěn)定性。

研究人員將該壓力傳感器固定于人體身體的不同部位，成功獲取了人體生理信號(hào)（如脈搏、呼吸頻率和咳嗽）和運(yùn)動(dòng)信號(hào)（如肌肉收縮和膝關(guān)節(jié)彎曲）。

該項(xiàng)研究以“Low?Cost, Scalable Fabrication of All?Fabric Piezoresistive Sensors via Binder?Free, In?Situ Welding of Carbon Nanotubes on Bicomponent Nonwovens”為題發(fā)表在Advanced Fiber Materials上。

審核編輯：劉清