基于针织涤纶/MWCNT复合材料的可降解透气型柔性应变传感器研发及其人体运动监测应用

为解决传统柔性传感器透气性差、制备工艺复杂等问题，研究人员通过喷涂多壁碳纳米管(MWCNT)水分散液在针织涤纶基底上，开发出具有线圈结构导电网络的CWP12%传感器。该器件兼具30%宽应变检测范围、-1.67高灵敏度和1200次循环稳定性，成功应用于人体运动监测，为智能穿戴设备提供了舒适环保的解决方案。

　　

在智能穿戴设备蓬勃发展的今天，传统刚性传感器与人体柔软皮肤间的机械失配问题日益凸显。更棘手的是，当前主流弹性体基底传感器虽能弯曲变形，却像一层"塑料保鲜膜"般阻碍汗液蒸发，长期佩戴易引发皮肤炎症。面对这一矛盾，上海工程技术大学的研究团队另辟蹊径，将目光投向了日常衣物中的针织涤纶——这种由线圈相互勾连形成的透气面料，能否成为新一代柔性传感器的理想载体？

研究人员创新性地采用"喷涂-滚压-干燥"三步法，将多壁碳纳米管(MWCNT)导电网络锚定在涤纶纤维表面。通过扫描电镜(SEM)观察发现，MWCNT不仅完美复制了基底材料的线圈拓扑结构，还形成了独特的层级导电通路。这种仿生设计使传感器在拉伸时，导电通路会像弹簧般延展收缩，产生显著的负压阻效应(电阻随应变增大而减小)。

关键技术包括：(1)超声分散MWCNT水溶液确保纳米管均匀分布；(2)精密控制12%质量分数的MWCNT负载量；(3)水溶性聚氨酯(WPU)界面增强处理。研究团队从上海永宏化纤有限公司采购的75g/m²针织涤纶作为基底材料。

【Structural analysis】SEM显示原始涤纶纤维表面光滑(直径~20μm)，而改性后的CWP_12%传感器表面形成纳米级MWCNT包覆层，这种微观结构赋予器件0-30%的宽应变范围。

【Conclusion】该传感器展现出130ms/400ms的快速响应/恢复能力，在1200次拉伸循环后仍保持稳定。实际测试中能准确识别手指弯曲、吞咽等细微动作，以及膝关节大幅度运动。其透气性达到基础织物的85%，在模拟汗液环境中浸泡7天后仍维持性能。

这项发表于《Surfaces and Interfaces》的研究突破性地解决了穿戴舒适性与传感性能难以兼得的行业痛点。通过回归纺织材料本源，不仅简化了制备流程，还实现了器件可降解性——经测试，传感器在强碱条件下72小时可完全分解。这种"源自衣物，归于自然"的设计理念，为下一代环保型电子皮肤的发展提供了新范式。特别值得注意的是，所有原料和设备均来自国内供应商，展现出良好的产业化前景。正如通讯作者Tong Xu在讨论部分强调的，该技术未来可通过调整针织结构参数，进一步拓展至脉搏监测等医疗领域。