成果簡介
由於柔性電子產品的潛在可行性，可穿戴感測器已獲得相當大的普及。本文，江南大學 Wei Zhao等研究人員在《Nanoscale Adv》期刊發表名為“A facile structural strategy for a wearable strain sensor based on carbon nanotube modified helical yarns”的論文，研究提出了一種基於分層間隙響應機制的可穿戴應變感測器的簡易製備方法。採用雙螺旋結構的彈性繩作為可拉伸基材，選擇碳奈米管作為電阻敏感奈米結構。透過將碳奈米管直接塗覆在基材上，獲得了碳奈米管改性的彈性繩（CES）。聚二甲基矽氧烷封裝後，製成纖維狀電阻式應變感測器。附著在不同的關節上，用於人體運動監測。隨著施加的應變增加，雙螺旋結構會產生分層間隙，作為空間互補，可以形成連線良好的結構。CES感測器可以準確捕捉由生理訊號和關節運動引起的不同程度的應變。這種簡便的製造策略有望用於生產具有超靈敏度的大型應變感測器。
圖文導讀
圖1、 (a) 作為運動感測器的 CES 纖維的製造過程示意圖。(b) 彈性繩、CNT 水分散體和CES感測器的數碼照片。(c-e) CES 感測器的響應效能。
圖2、 (a) 原始彈性繩基材、(b) CES 纖維和 (c) 彈性繩基材的分離和拉伸螺旋紗線的光學顯微影象。
圖3、 (a) 原始彈性繩基材和 (b) CES纖維的SEM影象。（c）和（d）分別是（b）和（c）的放大圖。
圖4、在（a 和 c）雙螺旋 CES 感測器和（b 和 d）單螺旋感測器的拉伸/釋放過程中，電阻隨拉伸應變和相對電阻變化的逐步增加而變化。
圖5、手部關節運動的監測：（a）掌指關節，（b）指間關節和（c）腕關節。喉嚨運動監測：(d) 說話和咳嗽，(e) 吞嚥和頭部運動，以及 (f) 呼吸。(g) 膝關節運動監測。插圖顯示了曲線中虛線區域的放大圖。
圖8、 雙螺旋結構CES感測器在人體運動過程中的響應過程示意圖。
小結
總之，基於碳奈米管改性彈性線（CES）開發了一種簡便且低成本的纖維形應變感測器製造方法。由於其低成本、大規模和簡單的製備工藝，該感測器具有用於可穿戴電子產品的潛力，特別是用於監測人體關節運動和生理訊號。
文獻：
https://doi.org/10.1039/D1NA00215E
