【摘 要】
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应变传感器是在外力的刺激下电阻随形变量的变化而变化的器件,其广泛应用于健康监测、人体运动检测、人机界面交互以及柔性仿生机器人等领域。然而,现阶段应用于应变传感器的柔性材料存在机械稳定性较差,压力响应较慢的缺点。因此,制备一种具有高机械稳定性快速响应的应变传感器具有重要的意义。聚氨酯泡沫（PUF）具有优异的机械稳定性、较好的压力依赖性,能够作为应变传感器的候选材料。在受到外界压力时泡孔收缩,更多的泡
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应变传感器是在外力的刺激下电阻随形变量的变化而变化的器件,其广泛应用于健康监测、人体运动检测、人机界面交互以及柔性仿生机器人等领域。然而,现阶段应用于应变传感器的柔性材料存在机械稳定性较差,压力响应较慢的缺点。因此,制备一种具有高机械稳定性快速响应的应变传感器具有重要的意义。聚氨酯泡沫（PUF）具有优异的机械稳定性、较好的压力依赖性,能够作为应变传感器的候选材料。在受到外界压力时泡孔收缩,更多的泡沫骨架相互“接触”;当压力释放时泡孔恢复,泡沫骨架被泡孔隔开形成“分离”的状态。这种随着外界压力或刺激的变化而形成的“分离-接触”的状态,使得聚氨酯泡沫能够用于应变传感器时实时地传递信号。我们将开孔聚氨酯泡沫负载还原氧化石墨烯（rGO）制备成导电聚氨酯泡沫,并对得到的聚氨酯复合泡沫进行了一系列的性能表征,工作内容如下:（1）采用预聚体法制备聚氨酯泡沫（PUF）,通过引入海藻酸钠（SA）得到亲水性聚氨酯泡沫（PUF-SA）,并探究海藻酸钠对泡沫结构的影响。通过一系列表征,发现海藻酸钠可以提高聚氨酯泡沫的开孔率,在吸水性测试中发现海藻酸钠可以提高聚氨酯泡沫的吸水性能,当引入海藻酸钠的量为2%时聚氨酯泡沫的吸水率达到16.793 g/g。（2）利用浸渍法制备导电聚氨酯泡沫（PUF-SA-rGO）。通过显微镜观察发现泡沫由连续的泡壁和开孔结构组成,并且rGO均匀地分散在聚氨酯骨架上。这是由于聚氨酯泡沫的开孔结构和高的亲水性提高了石墨烯的吸附和负载的能力。在导电性测试中发现,PUF-SA-rGO泡沫的导电性随着形变量的增加而增加,当压缩形变量为1%时,电流值为13μA,当压缩形变量为70%时,电流值达到100 m A。而且其电导率随着压缩形变的增加呈现近线性增加,在20%-70%的压缩形变下,电导率变化范围为0.013 S/m-0.115 S/m。这是由于随着压缩形变量的增加,负载在聚氨酯泡沫骨架上的rGO的接触面积增加,其导电性增加。在反复100次压缩循环测试中,其电流几乎没有衰减,说明复合聚氨酯泡沫的稳定性较好。另外,将复合聚氨酯泡沫应用到人体运动传感器时,在手指和手腕的弯曲运动过程中,能快速地检测出变化信号;电流对压应变的响应时间和回复时间均为100 ms。此外,该导电泡沫在压力控制开关方面有很大的潜力,在作为压力控制开关的测试中,随着压力的增加LED灯的亮度逐渐变大。
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