静电纺丝碳纤维增强热塑性聚氨酯复合材料结合聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐涂层用于应变传感应用

为解决低成本、可扩展且可靠的应变传感器开发难题，研究人员通过静电纺丝技术结合后处理浸涂法，开发了碳纤维(CF)增强热塑性聚氨酯(TPU)复合材料，并采用聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)涂层提升性能。该材料展现出0.00085 S/m的导电性和优异的传感可靠性，为可穿戴运动传感器和实时生物力学监测提供了新方案。

　　

应变传感器在机器人、可穿戴设备和医疗健康领域具有关键作用。这项研究创新性地将静电纺丝技术与浸涂工艺结合，以碳纤维(CF)和热塑性聚氨酯(TPU)为基材，通过聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)涂层修饰，构建了高性能导电复合材料。

优化后的纺丝参数(进料速率、电压和针头-收集器距离)成功制备出均匀无纺布。傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示CF的引入使TPU的C-H伸缩振动峰和羰基峰发生位移，X射线衍射(XRD)证实CF可作为异相成核剂促进TPU结晶。扫描电镜(SEM)图像清晰展现了CF和PEDOT:PSS协同改善的材料表面形貌与导电路径。

含5% CF的复合材料导电率达0.00085 S/m，其应变传感性能在可靠性、重复性和稳定性方面表现突出。这种将先进加工技术与功能填料整合的策略，为下一代可穿戴运动传感器和实时生物力学监测设备提供了极具前景的解决方案。