DOI: 10.1039/d0tc00029a
可穿戴式應變傳感器是健康監測的一項迫切需求，而以環境友好和可擴展的方式設計具有超高靈敏度和寬應變范圍的易用、靈活應變傳感器仍然具有挑戰性。此外，目前對這些傳感器的機理研究還不夠充分。本文提出了一種利用銀納米線（AgNWs）與還原氧化石墨烯（rGO）耦合制備電紡熱塑性聚氨酯（TPU）氈柔性應變傳感器的簡便方法。僅用AgNWs和rGO制備的TPU應變傳感器，由于兩種納米材料在形貌上的差異，顯示出較高的應變靈敏度和較寬的工作范圍。而rGO/AgNWs/TPU傳感器由于AgNWs與rGO的相互作用以及組裝過程中產生的耦合效應，對應變靈敏度和傳感范圍具有協同效應。例如，與AgNWs/TPU和rGO/TPU（兩者的應變系數均在數百范圍內）的對應應變傳感器相比，其具有超高的靈敏度（應變系數，GF≈4.4×107）和更寬的探測范圍。此外，傳感器顯示出對不同頻率、應變以及長期拉伸（1000個循環）的可靠響應。這些應變傳感器可用于監測人體運動，如關節活動和肌肉運動，從而展現了它們在醫療保健和人機交互應用中的潛力。
圖1.（a）rGO/AgNWs/TPU應變傳感器的制備過程，以及（b）AgNWs/TPU、rGO/TPU和rGO/AgNWs/TPU應變傳感器的感應機制的示意圖。
圖2.（a，a’）純TPU膜、（b，b’）AgNWs/TPU、（c，c’）rGO/TPU和（d，d’）rGO/AgNWs/TPU應變傳感器的SEM圖像。（a）中的插圖顯示了TPU纖維的直徑分布。（e）TPU墊、AgNWs/TPU、rGO/TPU和rGO/AgNWs/TPU應變傳感器的XRD圖譜和（f）FTIR光譜。
圖3.（a）X-GO/Y-AgNWs/TPU應變傳感器的典型相對電阻變化（△R/R0）-應變曲線。（b）與最近報道的應變傳感器的靈敏度和可拉伸性的比較。（c）AgNWs/rGO/TPU應變傳感器的響應時間。（d）rGO/AgNWs/TPU應變傳感器在0至40％的應變范圍內，和（e）在不同拉伸和釋放速率（0-10％應變）下的相對電阻變化。（f）在重復施加10％應變的情況下進行1000次拉伸和釋放循環的耐久性測試。
圖4.（a）1-rGO/5-AgNWs/TPU、（b）1-rGO/TPU和（c）5-AgNWs/TPU應變傳感器的實驗數據和擬合曲線。（d）應變傳感器在0-50％的應變中的傳導途徑的變化。
圖5.rGO/AgNWs/TPU應變傳感器的感應機制的示意圖。
圖6.（a）用于健康監測的工作模式下的可穿戴式應變傳感器的示意圖。rGO/AgNWs/TPU應變傳感器對（b）發音、（c）手指彎曲、（d）握拳、（e）和（f）走路以及（g）和（h）鞠躬循環運動的響應。
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