由于其易于生产和高传感能力，压阻式传感器是自适应应变检测系统中使用最广泛的传感设备。创建具有出色响应性、宽检测范围和高稳定性的柔性聚偏二氟乙烯 (PVDF) 纳米纤维/石墨烯海绵传感器是发表在Sensors and Actuators A: Physical杂志上的一项新研究的重点。

三维 (3D) 纳米海绵传感器的意义

当对具有可渗透结构的三维 (3D) 海绵探测器施加压力时，它们的形态会发生改变。可以反射各种电脉冲，这种改进的功能可以满足可穿戴压阻传感设备的需求。这些传感器具有基本的结构、显着的响应性和低廉的处理成本。

关于响应能力、压力响应谱和反应时间，纳米技术压力检测器提供了更强大、更可靠的功能。这些传感器还显示出多功能应力检测的特点，更适合最新的传感器研发。

目前的制备方法及其局限性

基于图案海绵的构造和冷冻干燥程序是三维 (3D) 海绵探测器的典型生产方法。浸泡导电基板后，海绵图案组装技术试图碳化或溶解海绵状模板。另一方面，冷冻干燥过程旨在使液晶升华并生成多孔 3D 海绵结构。

使用这些方法创建的 3D 海绵探测器表现出有限的有效表面尺寸，并且必须提高海绵的物理韧性。3D 海绵的潜在用途由于其低弹性模量、韧性和刚度而受到限制。

用于 3D 海绵传感器的柔性基质和纳米填料

为了扩大这些传感器在可穿戴技术中的适用性，必须设计一种具有卓越电效率和出色机械品质的应力检测器。灵活的网络可以增加传感器的弹性模量、适应性和鲁棒性。3D 感应海绵的导电填料的选择对于影响导电和检测能力也至关重要。

不同的导电填料和弹性基体复合材料，以及不同的制备技术，会导致传感器的检测能力存在差异，例如应力测量范围、响应能力和渗流极限。石墨烯作为一种通用的导电基质，具有更高的电导率，并且比碳纳米结构和可渗透的碳材料更容易加工成多种形式。

除了选择合适的导电表面外，增加海绵传感器的有效接触面积也很关键。这可以通过使用电纺纳米纤维来实现。

氟塑料纳米纤维聚偏氟乙烯（PVDF）具有很好的拉伸韧性、硬度、抗冲击性和疲劳强度。此外，与静电纺丝相结合的溶液方法是生产 PVDF 纳米纤维的一种相当简单且具有成本效益的方法。

一种新型 3D 纳米纤维/石墨烯海绵传感器

本研究生产了一种用于可穿戴设备的多轴可压缩 3D 石墨烯/纳米纤维海绵传感器。还组装了几个传感器，以通过协同效应最大化传感能力。

切割的电纺 PVDF 纳米纤维被用作海绵生产技术中的增强材料，而氧化石墨烯 (GO) 纳米片被用作弹性基材。通过调整 PVDF 纳米纤维和 GO 纳米片的重量分布，可以成功地改变电阻和响应性。

研究的主要进展

本研究开发的检测装置是一种多用途可穿戴传感器，具有出色的灵敏度、宽的检测范围和出色的弹性。结果表明，添加过多的石墨烯会显着增强孔结构。由石墨烯纳米片缠绕产生的更厚的渗透壁增加了传感器的机械性能。

海绵探测器还具有出色的弹性，弹性恢复率高达90%，压缩率达80%以上。当向各个方向挤压时，它还表现出广泛的检测范围。

多个海绵传感器通过桥接电路连接，通过计算相应的电阻计算组合传感器的压阻效率。在给定压缩比下，在桥式电路中加入大量海绵探测器提高了传感装置的总响应能力。

目前的工作有望为在智能可穿戴电子领域使用多模压阻传感器奠定研究基础。