具有宽温度范围的可拉伸且对温度不敏感的传感纱线

可穿戴设备中纺织品应变传感器面临温度稳定性挑战，本文提出NZ-TCRY三层层状结构传感器，通过AgNWs正温度系数补偿SWCNTs负温度系数，结合芳纶纤维保护层实现-20℃到130℃近似零温度系数（|TCR|≤2.21×10?? K?1），灵敏度3.3977，响应时间≤72ms，耐20,000次循环，适用于手势识别、智能分拣等多元温环境场景。

　　

摘要

随着可穿戴设备的进步，作为柔性基材的纺织品在应变传感器中的应用日益增多，这提高了传感器的灵活性和佩戴舒适度，有助于监测生理信号和识别手势。然而，开发出具有稳定电导率和精确信号的抗性应变传感器仍然是一个巨大的挑战，因为环境温度的波动会显著影响实际应用中的灵敏度和可靠性。为了解决这一问题，我们提出了一种具有三层同轴结构的近零温度系数（TCR）纱线传感器，即NZ-TCRY。通过使用具有正TCR特性的银纳米线（AgNWs）来补偿单壁碳纳米管（SWCNTs）的负TCR特性，实现了纱线传感器的近零电阻率行为。为了在高温条件下具备热保护性能，将芳纶纤维纺制成纱线护套。基于上述材料和结构设计，NZ-TCRY传感器在-20°C至130°C的温度范围内实现了接近零的TCR值（| TCR | ≤ 2.21 × 10^-4 K^-1），具有高灵敏度（3.3977）、快速瞬态响应（≤ 72 ms）以及出色的耐用性（超过20,000次循环）。NZ-TCRY传感器可以无缝集成到智能可穿戴设备和软体机器人传感器中，应用于手势识别、智能分拣和人机交互等多种场景，能够在不同温度条件下精确识别不同大小和重量的物体。这项工作为解决制备灵敏且灵活的应变传感器的温度依赖性问题提供了有效方法，并拓展了其在医疗保健、个人防护、人工智能和数字孪生技术等领域的应用前景。

图形摘要

随着可穿戴设备的进步，作为柔性基材的纺织品在应变传感器中的应用日益增多，这提高了传感器的灵活性和佩戴舒适度，有助于监测生理信号和识别手势。然而，开发出具有稳定电导率和精确信号的抗性应变传感器仍然是一个巨大的挑战，因为环境温度的波动会显著影响实际应用中的灵敏度和可靠性。为了解决这一问题，我们提出了一种具有三层同轴结构的近零温度系数（TCR）纱线传感器，即NZ-TCRY。通过使用具有正TCR特性的银纳米线（AgNWs）来补偿单壁碳纳米管（SWCNTs）的负TCR特性，实现了纱线传感器的近零电阻率行为。为了在高温条件下具备热保护性能，将芳纶纤维纺制成纱线护套。基于上述材料和结构设计，NZ-TCRY传感器在-20°C至130°C的温度范围内实现了接近零的TCR值（| TCR | ≤ 2.21 × 10^-4 K^-1），具有高灵敏度（3.3977）、快速瞬态响应（≤ 72 ms）以及出色的耐用性（超过20,000次循环）。NZ-TCRY传感器可以无缝集成到智能可穿戴设备和软体机器人传感器中，应用于手势识别、智能分拣和人机交互等多种场景，能够在不同温度条件下精确识别不同大小和重量的物体。这项工作为解决制备灵敏且灵活的应变传感器的温度依赖性问题提供了有效方法，并拓展了其在医疗保健、个人防护、人工智能和数字孪生技术等领域的应用前景。

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