可生物降解PBAT/PPy/ETTPBAT纱线应变传感器的弹性增强与多功能特性研究

针对传统柔性传感器基材不可降解、弹性应变范围有限等问题，研究人员通过熔融纺丝和UV辐照技术合成ESO/TA/TAIC/PBAT(ETTPBAT)纤维，结合原位聚吡咯(PPy)工艺开发出可生物降解纱线应变传感器。该传感器弹性应变范围提升47%，单位长度电阻降低至1.4 kΩ/cm，兼具电热转换能力，为绿色电子器件发展提供新思路。

　　

在柔性电子器件快速发展的今天，传统应变传感器面临不可降解的环境污染、弹性应变范围受限（通常<20%）以及导电功能层易损等瓶颈问题。尤其随着可穿戴医疗监测需求的激增，开发兼具生物降解性、高延展性和宽应变响应范围的传感器成为当务之急。浙江理工大学（Zhejiang Sci-Tech University）的研究团队创新性地将环境友好型材料与先进加工技术结合，通过多学科交叉研究，在《Sensors and Actuators A: Physical》发表了突破性成果。

研究采用熔融纺丝制备环氧大豆油(ESO)/单宁酸(TA)/异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)/PBAT(ETTPBAT)纤维基底，结合UV辐照交联和原位聚吡咯(PPy)导电层构建技术。关键技术包括：1）通过TA含量优化（0-3g）和UV辐照时间调控（0-60min）增强纤维弹性；2）以对甲苯磺酸一水合物(p-TSA)为掺杂剂调控PPy导电性能；3）采用加捻-封装工艺提升传感器稳定性。

【材料特性调控】研究发现，添加1g TA的ETTPBAT-T1纤维经60min UV辐照后，弹性应变范围较纯PBAT提升47%，归因于TA酚羟基与ESO环氧基团的协同交联作用。差示扫描量热(DSC)显示其熔融焓从28.1 J/g增至34.5 J/g，证实交联网络增强。

【传感性能优化】当p-TSA浓度为0.3 mol/L、聚合时间6h时，传感器电阻率降至1.4 kΩ/cm，应变系数达12.8（应变范围50%）。循环测试显示，在30%应变下经500次循环后电阻变化率<5%，优于同类碳纳米管基传感器。

【多功能特性】该传感器在3V电压下可实现50℃温升，电热转换效率达65%，同时保持生物降解性——土壤埋置60天后失重率达42%。

这项研究通过分子设计创新和工艺优化，成功解决了可降解传感器弹性范围与导电性能难以兼顾的难题。所开发的PBAT/PPy/ETTPBAT传感器兼具宽应变响应（50%）、低电阻（1.4 kΩ/cm）和环境友好特性，为智能纺织品、医疗监测等领域提供了新型解决方案。特别值得注意的是，UV辐照交联与TA/ESO协同增韧策略，为其他生物基材料的性能提升提供了普适性方法学参考。