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郑州大学申长雨院士和刘春太教授团队:具有防腐/自清洁的超疏水纸基应变传感器
2019-07-05  来源:欢乐时时彩

  郑州大学申长雨院士和刘春太教授团队近日在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上发表了题为“Superhydrophobic Electrically Conductive Paper for Ultrasensitive Strain Sensor with Excellent Anti-corrosion and Self-cleaning property”的研究论文。论文的第一作者为郑州大学橡塑模具国家工程研究中心硕士研究生栗乾明,郑州大学刘虎副教授为本文的通讯作者。

  纸的可再生、易降解和低成本等特性使其成为制备新型柔性传感器的理想基材。但由于其在吸附水分后会发生湿膨胀与一定程度的降解,从而严重的制约了纸基传感器在实际生活中的应用。

  为此,申长雨院士和刘春太教授团队通过采用简便的浸涂工艺在复印纸上依次涂敷了CB/CNT导电层和Hf-SiO2疏水层,成功制备了一种柔性超疏水导电纸基应变传感器。由于导电涂层与纸基间热膨胀系数的差异,在样品制备过程中产生了大量的微裂纹结构。微裂纹结构的构建被认为是提高此类传感器性能最为有效的手段。研究结果表明,该传感器能够检测低至0.1%的超低应变,在弯曲应变范围为0~0.7%时,传感器的应变因子为7.5,几乎是传统金属传感器的3倍;并且在1000次弯曲循环中显示出优异的稳定性。同时,具有微纳复合结构和低表面能的超疏水Hf-SiO2层赋予传感器优异的防水和自洁性能,改善了纸基传感器在潮湿及其恶劣腐蚀环境下的响应稳定性。

图1. (A) 超疏水纸基传感器的制备示意图。(B) CB/CNT@纸表面的SEM图。(C) CB/CNT@纸表面的裂纹结构。(D) Hf-SiO2/CB/CNT@纸的横截面SEM图。

图2. (A) 传感器在不同应变下的响应行为。(B) 0.6%应变下传感器的1000个稳定循环响应。(C) 1000个循环后在不同弯曲条件下的传感器表面水接触角。

图3. (A) 传感器在不同pH溶液48h后的接触角变化。(B) 传感器在紫外照射、水流冲击、热处理后的接触角变化。(C) 传感器对多种液体的排斥性。

图4. 超疏水纸基传感器在人体监测中的应用,(A)手指弯曲(水滴滴落)、(B)肘部弯曲、(C)脉搏、(D)喉结。

  该研究为制备具有高性能的纸基传感器提供了一种实用、简便的策略,所制备的传感器在柔性电子、人体运动监测等领域有着潜在的应用前景。该研究提出的对纸基传感器表面进行超疏水处理的策略,对避免纸基传感器易于发生湿膨胀/湿降解的不足具有重要的指导意义。

  该研究得到了国家自然科学基金项目 (51803191, 11572290, 11432003);中国博士后科学基金(2018M642782);河南省博士后研究基金(001801007);111计划(D18023);国家重点研发计划(2016YFB0101602)的大力支持。 

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b03421

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(责任编辑:xu)
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