Low-Cost and High-Performance Flexible and Stretchable Strain Sensor for Human Movement Monitoring

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柔性可穿戴电子技术近年来逐渐成为电子器件研究的重要领域。其中,能够实现对外界信号精确感知的高性能柔性可延展传感器是其中的基础性核心元器件。由于具有良好曲面共形特征及轻、柔、韧等特性,柔性传感器在人机交互、智能机器人、人工智能、可穿戴设备、医疗监测及运动健康等战略新兴领域具有广阔的应用前景。在众多柔性传感器中,柔性可拉伸应变传感器由于可以监测生命体征健康状况、人机交互等广泛应用于柔性可穿戴领域,但目前制备兼具宽量程和高灵敏度的应变传感器仍是一个巨大挑战。基于此,本文低成本开发了石墨烯薄片/胶垫和碳黑/橡胶聚合物两种结构电阻式应变传感器。制备的石墨烯薄片/胶垫电阻式应变传感器高斯应变因子在8-115之间,可拉伸最大应变为150%。制备的碳黑/橡胶聚合物结构的应变传感器具有很大的伸缩性,最大可恢复应变高达500%,应变因子达18.7,且具有良好的线性。考虑到碳黑/橡胶聚合物结构电阻式应变传感器具有更好传感器特性,我们选择碳黑/橡胶聚合物结构的应变传感器进行柔性应变监测的拓展应用。实验表明,制备的柔性可拉伸应变传感器可以成功监测人体手指弯曲运动和喉部肌肉运动,这有助于人体康复训练。另外,该柔性应变传感器还可以贴于机械臂手指上,对机械臂手指弯曲进行监测,表明其在人机交互中的应用潜力。
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