用于高温工作环境及宽温度范围泡沫压阻传感器的黏土/共轭聚合物功能涂层

《ACS Applied Polymer Materials》：Clay/Conjugated Polymer Functional Coatings for High-Temperature-Operable and Wide-Range Foam Piezoresistive Sensors

压敏传感器通过聚吡咯与蒙脱土-壳聚糖复合涂层提升阻燃性和压力检测范围，在燃烧测试中自熄灭且保留功能，压力检测达17.5 kPa，最大阈值69 kPa，优于基体传感器。

　　

可穿戴微电子产品的日益普及凸显了对能够在高温下工作的压阻式传感器的需求。在这项研究中，我们开发了一种压阻式传感器，该传感器由共轭聚合物聚吡咯（PPy）制成，并结合了一层含有粘土的多层结构（10层壳聚糖/蒙脱石-植酸复合材料 [CH/MMT-PA]?），这种多层结构被涂覆在聚氨酯泡沫（PUF）上。含有粘土的多层涂层提高了传感器的防火性能，并扩展了其压力检测范围。单独使用聚吡咯/聚氨酯泡沫（PPy/PUF）传感器时，虽然能够略微降低峰值热释放率（pkHRR，这是一个关键的易燃性指标），但在明火测试和锥形量热法（CC）测试中完全被烧毁。相比之下，聚吡咯/[CH/MMT-PA]?/聚氨酯泡沫（PPy/[CH/MMT-PA]?/PUF）传感器显著降低了峰值热释放率，表现出优异的阻燃性能：在火焰熄灭后能够自动熄灭，并且在火焰暴露后仍保留了大量未燃烧的泡沫以及大量的炭化残留物。聚吡咯/[CH/MMT-PA]?/聚氨酯泡沫传感器的压阻响应呈线性，工作压力范围为1.53至17.5千帕（kPa），最大检测阈值为约69千帕（kPa）；而纯聚吡咯/聚氨酯泡沫（PPy/PUF）传感器的压力检测范围较窄（0.52至4.91千帕），最大检测阈值仅为约16千帕（kPa）。由于防火性能较差，纯聚吡咯/聚氨酯泡沫传感器在暴露于极端温度或火焰攻击时会完全失去功能；而聚吡咯/[CH/MMT-PA]?/聚氨酯泡沫传感器在较高温度下以及火焰暴露后仍能保持出色的性能。此外，聚吡咯/[CH/MMT-PA]?/聚氨酯泡沫传感器还可以被安装在椅子上，用于检测人的坐起和起身动作。这项研究为各种软体电子传感器的发展带来了希望。