DOI: 10.3390/app11031124
多年來，開發出可集成到士兵裝備中的適應性較強的監測系統，并使其盡可能的舒適和輕便（避免使用剛性電子設備），已變得至關重要。電紡超細纖維由于其優異的性能，尤其是其柔性和輕便性，而成為適用于該應用的優質材料。石墨烯納米片（GNPs）的功能化使其成為開發新型導電材料的理想替代品。在這項工作中，將基于聚己內酯（PCL）的靜電紡絲膜浸漬不同濃度的GNPs，以創建具有壓阻特性的導電表面。所有樣品均經過適當表征，證明了GNPs在膜表面的均勻分布和吸附。此外，還研究了所開發系統的電性能，包括電導率、壓阻特性和應變系數（GF）。2％GNPs-PCL樣品的最大電導率為0.079S/m。所研制的壓阻傳感器對外部壓力顯示出高靈敏度，并且對重復壓制具有出色的耐久性。當GNPs含量為0.5％時，膜的GF（3.20）值最佳。因此，本文提出了一種基于靜電紡絲PCL超細纖維和GNPs開發柔性壓阻傳感器的簡單方法。
圖1.石墨烯納米片（GNPs）-聚己內酯（PCL）膜的制備流程圖。
圖2.壓阻性能評估的實驗配置示意圖。
圖3.在不同PCL濃度下制備的電紡纖維的場發射掃描電子顯微鏡（FESEM）圖像及其直徑分布直方圖：氯仿（CHF）/二甲基甲酰胺（DMF）（4:1）中的PCL濃度為（a）15％；（b）20％；（c）25％（w/v）。從左至右：2000×（50μm）；10,000×（10μm）。
圖4.在不同工藝條件下（外加電壓、流速和針頭-收集器距離）制備的電紡PCL纖維的FESEM圖像及其直徑分布直方圖：（a）25kV，240mm，1mL/h；（b）25kV，240mm，2mL/h；（c）28kV，240mm，1mL/h；（d）28kV，240mm，2mL/h；（e）25kV，260mm，1mL/h；（f）25kV，260mm，2mL/h；（g）28kV，260mm，1mL/h；（h）28kV，260mm，2mL/h，CHF/DMF（4:1）中的PCL濃度為15％（w/v）。
圖5.制備GNPs-PCL膜的浸漬方法示意圖。將PCL膜在室溫下浸入GNPs/乙醇溶液中1小時。最后，將涂覆的膜在室溫下進行干燥。
圖6.（a）和（b）PCL超細纖維；（c）和（d）0.2％GNPs-PCL膜；（e）和（f）2％GNPs-PCL膜的FESEM圖像。從左到右，這些圖像的放大倍率分別為10,000×（10μm）和50,000×（2μm）。
圖7.GNPs、PCL和含不同百分比GNPs的GNPs-PCL膜的熱重分析（TGA）（a）和導數熱重分析（DTG）（b）曲線。
圖8.GNP（黑色），PCL膜（深藍色），0.5％（紅色）和2％GNPs-PCL膜（淺藍色）的拉曼光譜。
圖9.樣品的電性能：（a）浸泡1小時并經過五次連續洗滌/干燥處理后的GNPs-PCL膜的電阻和無載GNPs質量；（b）浸漬數次（5分鐘，15分鐘，30分鐘和60分鐘）后1％GNPs-PCL膜的電阻和無載GNP質量。
圖10.PCL膜（a），0.05％GNPs-PCL膜（b），0.1％GNPs-PCL膜（c），0.2％GNPs-PCL膜（d），0.5％GNPs-PCL膜（e），1％GNPs-PCL膜（f）和2％GNPs-PCL膜（g）的壓阻響應。
圖11.電導率和GF與GNPs濃度的關系。
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