PSS/CNT复合材料的温度传感器，用于机器人、人类健康监测等

摘要：柔性温度传感器因其在医疗健康、智能机器人和工业生产等领域的广泛应用潜力而备受关注。然而，大多数柔性温度传感器的工作温度范围较窄，且响应时间相对较长。本文，浙江大学汪延成教授团队在《ACS Appl. Electron. Mater》期刊发表名为“Flexib

1成果简介

柔性温度传感器因其在医疗健康、智能机器人和工业生产等领域的广泛应用潜力而备受关注。然而，大多数柔性温度传感器的工作温度范围较窄，且响应时间相对较长。本文，浙江大学汪延成教授团队在《ACS Appl. Electron. Mater》期刊发表名为“Flexible Temperature Sensor with Wide Sensing Range and Fast Response Enabled by PEDOT:PSS/CNT and Thermal Management Encapsulation”的论文，研究提出了一种具有宽广检测范围和快速响应特性的柔性温度传感器。基于PEDOT:PSS/CNT的敏感材料具有优异的流变学和传感性能，可通过简单的丝网印刷工艺实现宽温度范围的温度传感和制备。

为了实现快速响应，采用了一种创新的热管理方法，在传感层两侧结合了热导层和热绝缘层。热导复合材料PDMS/片状石墨和热绝缘复合材料PDMS/空心玻璃微球经过配方优化，以提供满意的热学和力学性能。因此，开发的传感器具有−30至90 °C的宽广检测范围、0.996的高线性度以及对温度的快速响应。该传感器还展现出优异的稳定性，包括低滞后（4.7%）、高重复性（1000次循环）、长使用寿命（90天）以及抗压和抗弯曲能力。在机器人物体抓取和人体呼吸监测的应用实验中，该传感器能够准确测量各种物体的温度，并清晰记录整个呼吸过程中的快速温度变化，这表明其在机器人操作和人体健康监测领域具有广阔的应用前景。

2图文导读

图1.柔性温度传感器的结构设计和工作原理。

图2.PEDOT：PSS/CNT 复合材料的表征。

图3.PDMS/FG 和 PDMS/HGM 复合材料的表征。

图4.柔性温度传感器的制备流程。

图5.柔性温度传感器的传感性能。

图6.机械人抓取物体的温度检测。

图7.人体呼吸中的温度监测。

3小结

综上所述，我们开发了一种新型柔性温度传感器，具有宽测量范围和快速响应能力。该传感器的宽测量范围得益于基于PEDOT:PSS/CNT的敏感材料，该材料还具有优异的流变性能，并通过简单的丝网印刷工艺制备了传感层。我们采用了一种创新的热管理方法，将热导层与热绝缘层相结合，以提高热传导效率并实现快速响应。相应地，我们开发了热导复合材料PDMS/FG和热绝缘复合材料PDMS/HGM。通过调整填充物含量，PDMS/FG的热导率达到了0.588 W/m·K，比纯PDMS高出230%。PDMS/HGM的热导率仅为PDMS的67%，值为0.119 W/m·K。两种复合材料的拉伸模量也具有较好的匹配性。制备的传感器具有-30至90 °C的宽温度范围，灵敏度为0.4% °C⁻¹，线性度高达0.996。当其在室温下接触−30 °C表面时，响应时间仅为19秒。该传感器还展现出优异的稳定性，包括低滞后（4.7%）、高重复性（1000次循环）、长使用寿命（90天）以及对压力和弯曲的强抗性。机器人物体抓取和人体呼吸监测的应用实验表明，我们的传感器能够在实际机器人抓取过程中准确测量各种物体的温度，并能清晰记录整个呼吸过程中的快速温度变化，从而实现呼吸监测和呼吸状态的区分，这证明了该传感器在机器人操作和人体健康监测中的巨大潜力。未来研究可考虑探索传感层厚度对温度传感机制的具体影响，以进一步提升传感性能，并实现该温度传感器与其他类型传感器的多模态低串扰集成。

文献：