液态金属-石墨烯复合导电纳米纤维，用于动态健康监测

摘要：基于纳米纤维的柔性压力传感器因其在智能可穿戴设备、医疗保健监测、人机交互和人工智能领域的应用而备受关注。然而，开发具有优异导电性和稳定性的柔性压力传感器以稳定监测微小压力仍是一项相当大的挑战。本文，岭南师范学院Xiaojun Chen等研究人员在《Materi

1成果简介

基于纳米纤维的柔性压力传感器因其在智能可穿戴设备、医疗保健监测、人机交互和人工智能领域的应用而备受关注。然而，开发具有优异导电性和稳定性的柔性压力传感器以稳定监测微小压力仍是一项相当大的挑战。本文，岭南师范学院Xiaojun Chen等研究人员在《Materials & Design》期刊发表名为“Liquid Metal-Graphene composite conductive nanofiber flexible pressure sensor for dynamic health monitoring”的论文，研究利用液态金属-石墨烯复合导电纳米纤维，提出了一种高灵敏度、快速响应的柔性压力传感器。

该传感器采用电纺丝和静电喷涂技术制备液态金属-聚酰亚胺基体材料，聚乙烯醇改性显著增强了其粘附性。值得注意的是，利用超声波浸渍法将导电填料均匀地分散到纳米纤维的表面和三维骨架结构内，形成双导电网络，增强了传感器的导电性。该传感器具有高灵敏度（3.02 kPa-1）、快速响应/恢复时间（80 ms/200 ms）和宽检测范围（0-90 kPa），以及出色的机械稳定性和耐用性（5000次加载-卸载循环）。这些优势使柔性压力传感器能够检测从轻微的身体运动到较大运动（如吞咽喉咙和弯曲手指）的各种信号。这项研究为持续健康监测和识别微妙的生理变化提供了一种有效的方法，展示了其在智能机器人和假肢领域的巨大潜力。

2图文导读

图1.LMs@Gr/PVA/LMs-PI复合纳米纤维制备过程示意图。

图2.LMs-PI 静电纺丝工艺的研究。

图3.LMs@Gr/PVA/LMs-PI 的表征。

图4.PAA、PI、LMs-PI、LMs@Gr-1/PVA/LMs-PI、LMs@Gr-2/PVA/LMs-PI、LMs@Gr-3/PVA/LMs-PI 的机械性能。

图5.洗涤工艺对 LMs@Gr/PVA/LMs-PI 导电性能的影响.

图6.LMs@Gr-2/PVA/LMs-PI 柔性压力传感器的传感性能和机理。

图7.基于 LMs@Gr-2/PVA/LMs-PI 柔性压力传感器的人体运动检测和信号采集.

3小结

本研究介绍了一种结合液态金属-石墨烯复合导电填料的柔性纳米纤维传感器的制造方法。利用电纺丝和电喷雾技术制备了 LMs-PI 基体材料，并对基体进行了 PVA 改性以增强填料的附着力。然后使用超声波浸渍法将液态金属石墨烯复合导电填料整合到 LMs-PI 基质中，作为传感器的传感单元。以 LMs-PI 纳米纤维膜为三维支架，液态金属和石墨烯形成双层导电结构，开发出了用于监测生理运动的压阻柔性压力传感器。实验结果表明，该传感器的灵敏度为 3.02 kPa-1，响应时间/恢复时间为 80 ms/200 ms，检测范围为 0-90 kPa。在 5000 次加载-卸载循环中，它还表现出卓越的机械稳定性和耐用性。通过监测生理活动（如大动作（颈部弯曲、手指弯曲）和细微动作（喉咙吞咽、气流检测）），该传感器被证明可有效监测重大身体运动和轻微环境压力。这一进步为连续健康监测和细微生理运动检测提供了一种直接而高效的方法，在可穿戴电子设备、智能传感器和仿人机器人领域有着广阔的应用前景。然而，在大规模工业生产应用中，超声波浸渍工艺需要解决的问题包括产量有限、难以连续生产、保持均匀性面临挑战、探头能耗高以及探头磨损等。

文献：