基于单壁碳纳米管的高性能柔性传感器研究取得进展

随着柔性材料和电子技术的发展，可穿戴式柔性传感器由于其优良的特性可被用作捕捉和监视人类的各种活动，引起了极大的关注。但现有的传感器仍面临着诸多挑战，例如在人类健康监视方面，所需监视的对象往往是脉搏、呼吸、温度等变化非常微小的信号，这就要求传感器在保持性能稳定的前提下具有很高的灵敏度。另外，所需监视的信号类型各种各样，如应变型的、温度型的等，因此传感器最好能集多种功能于一身。近日，武汉大学物理科学与技术学院潘春旭课题的博士生罗成志等组装了一种能同时探测应变和温度的单壁碳纳米管（SWNTs）/纳米金复合薄膜柔性传感器，相关成果发表在美国化学会旗下《ACS Appl. Mater.Interfaces》（2017,9, 19955−19962）上。

在本工作中，博士生罗成志等采用具有褶皱结构的蜘蛛丝状SWNTs薄膜做导电材料，并离子溅射一层纳米金薄膜做敏感材料，组装了一种能同时探测应变和温度的SWNTs/纳米金复合薄膜柔性传感器。实验结果显示这种复合薄膜具有以下特点：1）在拉伸过程中，纳米金薄膜会产生裂缝造成电阻变化，而蜘蛛网状的SWNTs薄膜却因其良好的力学性能保持结构完整。2）这种复合薄膜对越微小的应变越敏感，例如当应变从20%降到1%时，灵敏度为从10增加到70。3）该复合薄膜具有循环寿命长（大于10000次循环），响应讯速（小于60 ms）等优点。4）该复合薄膜对温度也非常敏感，当人体的体温变化时，传感器也能做出快速响应。同时将该复合薄膜还能被组装成可穿戴式的多功能传感器并检测人体的各种健康指标，如脉搏、呼吸、关节活动、体温等。

这种高灵敏度和多功能的传感器将在智能电子器件和人机交互中有广泛应用。

文章链接：HighlySensitive, Durable, and Multifunctional Sensor Inspired by a Spider

图1  SWNTs/纳米金复合薄膜柔性传感器的组装过程示意图

图2  传感器的应变及温度传感性能

图3可穿戴式传感器检测人体的各种健康指标