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梳理:静电纺构建传感器在健康监测方面的应用

能源环保    2021-09-18 16:58

1. J. Mater. Chem. C:结合AgNWs和rGO制备可调灵敏度和拉伸性的柔性TPU应变传感器

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可穿戴式应变传感器是健康监测的一项迫切需求,而以环境友好和可扩展的方式设计具有超高灵敏度和宽应变范围的易用、灵活应变传感器仍然具有挑战性。

四川大学尹波等人提出了一种利用银纳米线(AgNWs)与还原氧化石墨烯(rGO)耦合制备电纺热塑性聚氨酯(TPU)毡柔性应变传感器的简便方法。

仅用AgNWs和rGO制备的TPU应变传感器,由于两种纳米材料在形貌上的差异,显示出较高的应变灵敏度和较宽的工作范围。

可用于监测人体运动,如关节活动和肌肉运动,从而展现了它们在医疗保健和人机交互应用中的潜力。

DOI: 10.1039/d0tc00029a

 

2.Nano Energy:分层结构PVDF/ZnO核壳纳米纤维用于自供电生理监测电子设备

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基于压电材料的可穿戴电子设备在疾病预测、诊断和康复等人体生理监测方面具有潜在的应用前景。然而,要同时实现良好的兼容性和对复杂微妙生理信号的精确监测,是一个巨大的挑战。

西南交通大学杨维清教授团队通过在电纺PVDF纳米纤维表面外延生长ZnO纳米棒(NRs),制备了一种基于PVDF/ZnO纳米纤维的三维分层互锁压电传感器。

由于有效变形的互锁ZnO纳米棒与具有高电活性相的均匀取向PVDF纳米纤维的协同压电效应,在压制和弯曲模式下,PME的灵敏度分别比纯PVDF纳米纤维提高了6倍和41倍。

设计的PME能够准确检测呼吸、脉搏和肌肉行为等复杂微妙的生理信号。

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104706

 

3. ACS Appl. Mater. Interfaces:基于MXene复合纳米纤维支架的可穿戴电容压力传感器用于人体生理信号采集

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要同时实现传感器的高灵敏度和低成本化,并获得最佳的机械稳定性和超低的检测极限,以用于精细的生理信号监测设备,是一个相当大的挑战。

本文报道了一种用于超低压测量的高灵敏度、高可靠性电容压力传感器(CPS)的简易制备方法。所制备的传感器具有0.51 kPa-1的高灵敏度和1.5 Pa的最低检测限。

在较宽的压力范围(0-400 kPa)内实现线性传感,即使在超高压(大于167 kPa)下也能在10000次循环期间实现较高的可靠性。

通过MXene负载可提高纳米纤维基传感器的灵敏度,从而将介电常数提高至40,压缩模量降低至58%。

DOI:10.1021/acsami.0c05819 

 

4. Sensors:基于AgNW/TPU复合介电层的高灵敏度电纺柔性压力传感器

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北京服装学院汪滨副教授基于静电纺丝技术,使用热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)电纺纳米纤维膜作为可拉伸基材,结合银纳米线(AgNWs)来构建复合介电层,从而创建了一种可能解决此问题的新型电容式柔性压力传感器。

通过丝网印刷将碳纳米管(CNT)涂在TPU膜上作为柔性电极,以保持传感器的柔性和透气性。

该传感器显示出高灵敏度(在9.0×10-3〜0.98 kPa范围内为7.24 kPa-1)、低检测极限(9.24 Pa)、出色的透气性以及快速响应(<55 ms)。

DOI:10.3390/s20092459

 

5. Chem. Eng. J.:用于心电图、应变、温度和气体测量的柔性多功能石墨纳米片/静电纺聚酰胺66纳米复合传感器

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上海交通大学杨斌通过静电纺丝工艺和超声修饰法制备了一种柔性、超轻、高导电性的石墨纳米片(GN)/聚酰胺66(PA66)纳米纤维复合材料基多功能传感器。

由于将GN锚定到具有多孔结构的静电纺PA66纳米纤维中,形成了灵敏的三维导电网络,该柔性传感器具有良好的应变、温度和气体传感功能。

T所制备的GN/PA66纳米复合材料作为多功能传感器成功地应用于人体运动和生理心电信号的检测。

无论柔性传感器的物理状态(平坦、折叠、扭曲和打结)如何,都可以准确检测到甲酸、DMF和NH3·H2O的极性化学蒸气。

DOI:10.1016/j.cej.2020.125928

 

6. Nano Energy:静电纺芯-鞘压电微纤维在自供电可缝合传感器中的应用

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上海交通大学刘景全&杨斌介绍了一种简单的策略,通过将聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))直接电纺到柔性导线上来制备具有新型芯-鞘结构的压电微纤维。

这种可缝合纤维在正压缩下表现出60.82 mV/N的高灵敏度和15000次循环的优异耐久性。

柔性可缝合纤维可以承受各种复杂甚至严重的变形,例如弯曲和打结,这使其自身可以织成纺织品,并在受到外部变形时进一步产生动力和响应。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104966