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天津工业大学《Energy Technology》:聚乳酸/石墨烯电纺复合纳米纤维的穿戴式传感器

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  • 时间:2020-04-26 14:11:39

       

       有机压电膜作为柔性和可穿戴压力传感器是制造电子皮肤的理想材料。本文,天津工业大学张兴祥教授团队在《Energy Technology》期刊发表名为“Poly‐l‐Lactic Acid/Graphene Electrospun Composite Nanofibers for Wearable Sensors”的论文,研究通过静电纺丝制造聚乳酸(PLLA)/石墨烯复合纳米纤维。PLLA /石墨烯电纺复合纳米纤维的相对结晶度从9%增加到30%。与样品K0(d 14  = 0.42 pC N -1)相比,样品K0.1 的d 14值(d 14  = 9.02 pC N -1)增加了2048%。

       使用PLLA /石墨烯电纺纳米纤维垫,聚酯纤维和聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成压电生物电子皮肤。最大开路电压(Voc)和可穿戴式传感器的短路电流(I sc)为184.6 V和10.8μA。通过触摸生物电子皮肤产生的响应可以转换为数字信号。压电生物电子皮肤用于监测人体的脉搏。根据结果,计算出76次搏动min -1,这与正常人的心率间隔(60-100次搏动min -1)相符。石墨烯的添加会影响纤维直径,热稳定性,相对结晶度以及沿纤维轴向的压电性能(d 14)。这种小而灵活的传感器可以实现很高的灵敏度,可以用于生理和保健监视语音识别。

方案1、压电生物电子皮肤的制造和应用说明插图。

图1、a)微型-石墨烯片,b)将PLLA的照片/石墨烯复合纳米纤维垫,c)中的石墨烯片的代表性TEM微图像,d)的石墨烯片的小横向尺寸的代表性TEM微图像,E)数字的拉曼光谱分散液的照片,f)吸光度的差异。

图2、电纺PLLA纳米纤维和PLLA /石墨烯复合纳米纤维的SEM图像

图3、电纺PLLA纳米纤维和PLLA /石墨烯复合纳米纤维的压电常数

图4、a)由PLLA /石墨烯电纺复合纳米纤维垫制成的压电生物电子皮肤的数字照片,对人的手指具有柔韧性;b)吉时利6517B系统静电计的照片。

图5.a)肘部屈曲和膝盖屈曲演示,b)人腕脉搏监测和心率测试以及c)语音识别。

       通过简便的静电纺丝工艺制备了PLLA /石墨烯电纺复合纳米纤维。石墨烯的添加没有改变PLLA的特征性官能团。该小型柔性传感器可以实现高灵敏度,可以用于生理和健康监护及语音识别。