DOI:10.1016/j.cej.2020.125928
可檢測應變、溫度或化學蒸氣的柔性導電聚合物復合材料（CPC）基傳感器在軟機器人、電子皮膚、熱保護和電鼻等多個領域有著巨大的應用前景。然而，將多功能集成到一個柔性電子設備中仍然是一個挑戰。本文通過靜電紡絲工藝和超聲修飾法制備了一種柔性、超輕、高導電性的石墨納米片（GN）/聚酰胺66（PA66）納米纖維復合材料基多功能傳感器。通過SEM、FTIR、Raman和TGA法對其形貌和結構進行了詳細表征。由于將GN錨定到具有多孔結構的靜電紡PA66納米纖維中，形成了靈敏的三維導電網絡，該柔性傳感器具有良好的應變、溫度和氣體傳感功能。此外，所制備的GN/PA66納米復合材料作為多功能傳感器成功地應用于人體運動和生理心電信號的檢測。得益于GN/PA66納米復合材料的高長寬比，該柔性傳感器還可以監測溫度，并顯示出電阻的典型負溫度系數（NTC）效應。另外，無論柔性傳感器的物理狀態（平坦、折疊、扭曲和打結）如何，都可以準確檢測到甲酸、DMF和NH3·H2O的極性化學蒸氣。這項工作為集成高性能多功能柔性電子器件以滿足下一代可穿戴電子產品的需求提供了一種有效的策略。
圖1.制備GN/PA66納米復合材料的示意圖。所制備的電紡PA66墊分別處于平整狀態（a）、捏合狀態（b）和扭曲狀態（c）下的光學圖像。（d）超聲處理后的GN/PA66納米復合材料。所有比例尺均為10 mm。
圖2.石墨納米片的形態。（a-c）不同放大倍數的SEM圖像。（d）AFM圖像。
圖3.靜電紡PA66的形態。俯視圖（a）和橫截面（b）的SEM圖像。（c）PA66的放大圖像。（d-f）分別為C、N和O的元素映射圖像。
圖4.GN/PA66納米復合材料的形貌和電性能。（a-b）不同放大倍數的SEM圖像，（c）電導率與超聲時間的關系。（d）電阻值對沖洗周期的依賴性。
圖5.（a）PA66和GN/PA66納米復合材料的FTIR光譜。（b）GN和GN/PA66納米復合材料的拉曼光譜。
圖6.（a）超聲時間為30分鐘的純GN、PA66和GN/PA66納米復合材料的TGA曲線和（b）DTG曲線。
圖7.（a）電紡PA66和GN/PA66納米復合材料的應力-應變曲線。（b）GN/PA66納米復合材料的典型相對電阻-應變曲線（藍色）和應力-應變曲線（紅色）。
圖8.GN/PA66納米復合材料作為可穿戴傳感器的應用。（a）將柔性傳感器安裝在人體模型的不同部位，以適應不同的應用。戴在喉嚨上的傳感器對說話（b）和吞咽（c）的傳感性能。（d）監測手指彎曲的傳感性能。（e）由GN/PA66納米復合干電極記錄的ECG信號，并與商用電極進行比較。
圖9.GN/PA66納米復合材料的溫度傳感性能及其應用。（a）30至130℃的電阻-溫度曲線。（b）在反復加熱/冷卻循環（30至100℃之間）下電阻響應與溫度的關系。監測商用鼓風機吹出的熱風（c）并捕捉盛滿熱水的杯子（d）的傳感性能。
圖10.GN/PA66納米復合材料的氣體傳感性能。（a）在200 ppm的蒸氣濃度下，對不同蒸氣（甲酸、DMF和NH3·H2O）的循環傳感性能。（b）對不同濃度甲酸蒸氣的傳感性能。（c）在80％RH的高濕度下對甲酸蒸氣的電阻響應。（d）在不同的物理狀態下對100 ppm的甲酸蒸氣進行循環傳感測試。（e）在不同的物理狀態下，對不同濃度交替的甲酸蒸氣的傳感性能。
