AgNWs@PDMS/MWCNT复合网格结构应变传感器用于人体关节监测

《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》：AgNWs@PDMS/MWCNT-composited Grid-Structure Strain Sensors for Human Joint Monitoring

　　

摘要：

可穿戴电子技术的迅速发展，催生了对高性能柔性应变传感器的迫切需求，要求具有卓越的灵敏度和机械稳定性。在本研究中，我们通过直接墨水写入（DIW）技术制造了一种网格结构的电阻式应变传感器，其中聚二甲基硅氧烷/多壁碳纳米管（PDMS/MWCNT）复合材料作为柔性基体，银纳米线（AgNWs）作为导电介质。通过数值模拟系统研究了三种不同网格架构传感器的力学性能，并进一步分析了网格间距对 AgNWs 分布行为的影响。全面评估了综合传感性能，包括灵敏度、运行稳定性、电阻响应和响应时间。结果表明，搭接网格传感器达到了最佳的整体性能，灵敏度为 1.464，线性拟合系数 R2 为 0.994，响应时间为 254.81 毫秒。相比之下，平面矩形网格传感器表现出 1.001 的灵敏度（R2 > 0.972）和 102.33 毫秒的响应时间，而平面菱形网格传感器提供 0.791 的灵敏度（R2 > 0.968）和 19.3 毫秒的快速响应时间。所有传感器在 6000 次拉伸 - 释放循环测试后保持可忽略不计的基线漂移，展现出优异的机械耐久性。实际应用验证确认，所制造的传感器能够精确捕捉并快速响应外部机械刺激，在可穿戴电子应用方面展现出巨大潜力。