基于SWCNT/GO@MS-PDMS复合材料的柔性传感器：兼具优异机电性能与初步自修复能力的人体运动监测新策略

为解决柔性传感器机械损伤后功能失效的难题，韩国成均馆大学团队开发了SWCNT/GO@MS-PDMS复合材料。通过将单壁碳纳米管(SWCNT)与氧化石墨烯(GO)协同嵌入三聚氰胺海绵(MS)骨架，再包覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质，构建了具有稳定导电网络和1.68 MPa拉伸强度的柔性传感器。创新性采用SWCNT/C-ink(SWCNT/Ci)基粘合剂实现损伤修复，GF达7.12，成功应用于人体关节运动监测，为可穿戴电子器件提供新思路。

　　

随着柔性电子技术的快速发展，可穿戴传感器在健康监测、软体机器人和人机交互领域展现出巨大潜力。然而传统刚性传感器难以适应复杂曲面，而现有柔性材料又面临两大核心挑战：一是高机械变形下导电网络易断裂导致信号失稳，二是损伤后难以自主修复造成功能失效。这些问题严重制约了柔性传感器的可靠性和使用寿命，亟需开发兼具优异机电性能和自修复能力的新型复合材料。

韩国成均馆大学(Sungkyunkwan University)机械工程学院的Thi Sinh Vo、Yunjeong Park和Kyunghoon Kim团队在《Materials Today Advances》发表研究，通过将单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotubes, SWCNT)与氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)纳米杂化体植入三聚氰胺海绵(Melamine sponge, MS)骨架，再包覆聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)弹性体，构建了SWCNT/GO@MS-PDMS柔性复合材料。创新性开发SWCNT/C-ink(SWCNT/Ci)基导电粘合剂，首次实现机械性能与导电功能的同步修复，为下一代自修复柔性传感器提供了全新解决方案。

研究采用四大关键技术：1) 超声辅助制备SWCNT/GO纳米杂化分散液；2) 真空浸渍法构建三维多孔导电海绵骨架；3) PDMS基体包覆形成柔性复合材料；4) 开发含固化剂的SWCNT/Ci基粘合剂实现损伤修复。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、拉曼光谱和热重分析(TGA)系统表征材料结构，结合万能试验机-源测量单元(UTM-SMU)联用系统评估机电性能。

【形态结构与理化特性】

SEM显示SWCNT/GO在MS骨架形成连续导电桥接网络，最优配比样品FC3(SWCNT:GO=7:3)具有最均匀的纳米杂化分布。FTIR证实PDMS基质与功能化海绵间存在Si-O-Si和氢键相互作用，拉曼光谱中I_D/I_G=0.811表明适度的结构缺陷。TGA显示复合材料最大分解温度达549.8°C，较纯PDMS提升13%。

【机电性能优化】

FC3展现出最佳综合性能：电阻3.58±0.42 kΩ，拉伸强度1.68±0.21 MPa，断裂伸长率92.6±25.2%。在高应变区(>50%) gauge factor(GF)达7.12，循环测试显示优异稳定性。机理分析表明SWCNT提供导电通路，GO增强界面粘附，二者协同形成动态可重构的导电网络。

【自修复功能实现】

创新性SWCNT/Ci基粘合剂(含固化剂)使切断样品恢复58.93%的原始强度。SEM证实修复界面形成致密交联结构，电阻从247.02 kΩ恢复至接近初始值。修复机制涉及Si-H与C=C的氢化硅烷化反应，固化剂作为"分子胶水"促进界面扩散粘合。

【人体运动监测应用】

将原始和修复后的FC3贴附于肘关节，均能稳定检测90°屈曲运动。原始样品ΔR/R₀信号更稳定，而修复样品虽存在轻微噪声但仍保持可用灵敏度，证实其在可穿戴领域的实用价值。

该研究通过巧妙的材料设计，首次实现柔性传感器"结构-功能"一体化修复。三维多孔骨架与纳米杂化桥接的创新组合，突破了传统复合材料导电性与机械性能难以兼顾的瓶颈。所开发的SWCNT/Ci基粘合剂为硅基弹性体的损伤修复提供了普适性策略，不仅延长了器件寿命，更推动了自修复电子器件从概念走向实用。未来通过优化固化剂配比和界面化学，有望进一步提升修复效率，在智能假肢、电子皮肤等领域具有广阔应用前景。