【摘 要】
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近年来,随着柔性可穿戴电子设备的蓬勃发展,由弹性高分子基体和导电填料复合的应变传感器广泛应用在电子皮肤、人体运动和健康监测、健身追踪和人机交互等领域。传统应变传感器难以同时实现高灵敏度和宽应变检测范围,限制了应变传感器的应用范围。一维弹性碳纳米管（CNTs）因其优异的导电性、高长径比以及规模化制备成为理想导电填料,本课题借助仿生策略制备新颖CNTs基导电基元和仿生导电网络构筑高性能应变传感器用于人
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近年来,随着柔性可穿戴电子设备的蓬勃发展,由弹性高分子基体和导电填料复合的应变传感器广泛应用在电子皮肤、人体运动和健康监测、健身追踪和人机交互等领域。传统应变传感器难以同时实现高灵敏度和宽应变检测范围,限制了应变传感器的应用范围。一维弹性碳纳米管（CNTs）因其优异的导电性、高长径比以及规模化制备成为理想导电填料,本课题借助仿生策略制备新颖CNTs基导电基元和仿生导电网络构筑高性能应变传感器用于人体运动和健康监测。（1）受到蜘蛛网和蜘蛛狭缝器官的几何结构的启发,我们开发了一种由金属有机框架衍生的多孔碳焊接碳纳米管（MPC-w-CNTs）渗流网络形成的多功能应变传感平台。MPC在CNTs交叉处焊接CNTs,通过真空抽滤构筑导电网络,然后嵌入聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SBS）中得到应变敏感材料。这种“焊点”结构可以增强相邻碳纳米管之间的电子和应力的有效转移,同时避免CNTs在循环拉伸释放过程中的界面滑移。该结构赋予应变传感器优异的传感性能,具体表现为低检测限（0.0085%应变）,宽传感区域（～640%应变）,高灵敏度（～7378.26）,短响应时间（～122.5ms）,优异的可靠性（～1000个拉伸释放周期）,可用于人体的全尺度运动监测。这些传感性能的优势来源于多层MPC-w-CNTs网络的焊接设计与SBS的耦合效应,更重要的是独特的焊接策略可以应用于其他纳米材料体系来开发可伸缩电子器件。（2）受生物梯度结构启发,我们合理设计了一种导电基元成分呈梯度分布的高性能应变传感器。首先制备结构可控的ZIF-8和ZIF-8-w-CNTs,经过碳化和酸洗处理后得到高导电性的多孔碳多面体和多孔碳焊接的CNTs（PCP和PCP-w-CNTs）。通过真空辅助过滤制备具有梯度结构的PCP/PCP-w-CNTs/CNTs三层导电网络,经SBS浸渍后制备柔性应变传感器。制备的应变传感器具有高灵敏度（～5797.83）、宽传感范围（应变为660%）,低检测限（0.01%应变）和优异的稳定性（1000次拉伸循环）,它不仅可以检测手指、手肘和膝盖等人体大幅度的运动,还可以监测人体脉搏等微小生理活动。该复合薄膜对温度变化和液体浸润都可以准确稳定的响应。
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