高性能导电复合材料和电子皮肤的大规模制造用于可穿戴电子传感器系统

这篇论文题为《高性能导电复合材料和电子皮肤的大规模制造用于可穿戴电子传感器系统》，发表在《现代纳米技术杂志》上，作者为R Madhavan。论文的主要目的是开发一种高性能的可拉伸应变传感器，用于生物和生物技术识别的人体表皮运动和肌肉组织变形，展示了其在未来可穿戴电子设备中的潜力。

引言部分介绍了柔性、可拉伸和可附着于表皮的应变传感器的广泛应用，包括健康监测、软体机器人和运动活动识别等领域。论文指出，不同的应用需要不同的灵敏度，例如，健康信号监测需要高灵敏度，而人体关节运动监测则通常只需较低的灵敏度。

方法部分描述了论文中使用的材料和制造工艺。研究中使用了碳感应层和模具星硅橡胶纳米复合材料，通过喷涂工艺制造出可拉伸的应变传感器。碳感应层是指一种导电薄膜，由碳基材料制成，具有良好的导电性和机械性能。模具星硅橡胶是一种弹性体材料，具有优异的柔韧性和耐用性。

结果部分展示了所制造的应变传感器的性能。传感器表现出超高的应变灵敏度，量规因子（GF）达到2185，且具有30%的宽感应范围。量规因子是衡量传感器灵敏度的指标，数值越高，灵敏度越高。传感器的工作机制依赖于电阻变化，这种变化是由于在拉伸变形过程中应变集中导致的渗透网络裂纹表面微结构的改变。传感器在15-30%的应变范围内表现出显著的线性（R²>0.99），并且在超过1300次拉伸-释放循环中表现出优异的可逆性和耐久性。

讨论部分分析了传感器的工作和感应机制。论文指出，传感器的超大应变灵敏度是由于导电薄膜在不同拉伸应变水平下的结构特性变化。随着应变的增加，导电薄膜会产生结构裂纹，这些裂纹在一定程度上影响了传感器的电阻变化。

结论部分总结了研究的主要贡献。论文成功开发了一种基于碳纳米材料的应变传感器，具有高灵敏度和高拉伸性，适用于全范围的实际感应应用。这种传感器在多尺度人类运动监测中表现出色，具有快速响应率、优异的可逆性和耐久性。

关键术语解释：

• 应变传感器：一种将外部应变转换为可识别电子信号的设备。
• 量规因子（GF）：衡量应变传感器灵敏度的指标，定义为电阻变化率与应变的比值。
• 渗透网络裂纹：指在材料中由于应变集中而形成的裂纹网络，这些裂纹影响材料的导电性。

总的来说，这篇论文通过创新的材料组合和制造工艺，展示了一种高性能的可穿戴应变传感器，具有广泛的应用潜力，尤其是在健康监测和运动识别领域。