DOI:10.3390/s20092459
壓力傳感器已廣泛用于電子可穿戴設備和醫療設備中，以檢測微小的物理運動和機械變形。因此，制備出理想的、穿著舒適的、高靈敏度以及快速響應的傳感器以捕獲人體生理信號仍然是一個挑戰。
近日，北京服裝學院汪濱副教授等在Sensors期刊上發表了題為“Highly Sensitive, Breathable, and Flexible Pressure Sensor Based on Electrospun Membrane with Assistance of AgNW/TPU as Composite Dielectric Layer”.
文章中，研究者基于靜電紡絲技術，使用熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）電紡納米纖維膜作為可拉伸基材，結合銀納米線（AgNWs）來構建復合介電層，從而創建了一種可能解決此問題的新型電容式柔性壓力傳感器。此外，通過絲網印刷將碳納米管（CNT）涂在TPU膜上作為柔性電極，以保持傳感器的柔性和透氣性。由于AgNW/TPU復合介電層的微觀結構和易改變的復合介電常數的協同作用，基于電容變化的物理壓力和機械變形相當小，柔性壓力傳感器可以檢測到微小的人體體征。該傳感器顯示出高靈敏度（在9.0×10-3?0.98 kPa范圍內為7.24 kPa-1）、低檢測極限（9.24 Pa）、出色的透氣性以及快速響應（<55 ms）。而且，連續按壓/釋放循環超過1000s和彎曲超過1000次都不會損害該柔性壓力傳感器的靈敏度、穩定性和耐用性。這種將彈性體納米纖維膜與AgNWs相結合的策略，證明了電容式壓力傳感器的高性價比和可擴展性，有望在電子皮膚和可穿戴設備中得到廣泛應用。
圖1.基于納米纖維膜的柔性電容式壓力傳感器的制造示意圖：（a，b）銀納米線（AgNWs）的制備，（c）紡絲溶液的制備，（d）靜電紡絲工藝，（e-g）傳感器的組裝：電極印刷和超聲波焊接。
圖2.TPU ENMs的形態和部分性能測試：（a，b）TPU ENMs的SEM和直徑分布，（c）不同紡絲時間的TPU ENMs的機械性能，（d）透氣性比較。
圖3.不同AgNW摻雜量的AgNW/TPU復合納米纖維膜的SEM圖像和纖維直徑分布：（a，d）AgNW/TPU-1.0mL；（b，e）AgNW/TPU-4.0mL；（c，f）AgNW/TPU-5.0mL。
圖4.不同AgNWs摻雜量的AgNW/TPU ENMs的應力-應變曲線。
圖5.納米纖維分析。（a）復合納米纖維膜（AgNW/TPU-4.0mL）的SEM圖像，（b）復合納米纖維膜（AgNW/TPU-4.0mL）和純TPU纖維膜的XRD比較，（c）纖維膜任意攔截區域的元素映射分析：（I）碳（藍點）、（II）銀（紅點）、（III）氧（黃點）和（IV）氮（綠點）的位置。
圖6.（a）以AgNW/TPU ENMs作為復合介電層的傳感器的靈敏度測試和（b）機理演示。
圖7.傳感器的性能測試。（a，b）所制備傳感器的機械耐久性和穩定性測試，以及（c）長壽花葉片導致的該傳感器的電容變化。
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