高性能柔性高溫壓力傳感器的應(yīng)用原理和應(yīng)用前景：為了滿足可穿戴器件的發(fā)展需求，高靈敏度低成本的柔性高溫壓力傳感器的設(shè)計與制備吸引了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。基于碳納米管/石墨烯薄膜和蠶絲納米纖維膜，分別報道了兩種高性能柔性高溫壓力傳感器的制備方法。

 

　　其一是通過在取向碳納米管薄膜上原位生長石墨烯，從而得到導(dǎo)電性好、透光性高的復(fù)合薄膜，并利用直接印模植物葉片表面多級微結(jié)構(gòu)的方法得到具有微結(jié)構(gòu)的柔性基底，將兩者結(jié)合得到高靈敏、低檢測限的薄膜狀柔性高溫壓力傳感器。具體而言，首先將從可紡碳納米管垂直陣列抽絲得到的碳納米管薄膜轉(zhuǎn)移到銅箔表面，通過化學(xué)氣相沉積法原位生長石墨烯，得到取向碳納米管/石墨烯薄膜。

 

　　該薄膜具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、良好的強度和透光性。具有多級微結(jié)構(gòu)的柔性基底通過印模植物葉片得到，該方法過程簡單但效果突出。將取向碳納米管/石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到具有多級微結(jié)構(gòu)的基底表面，因石墨烯的存在增大了接觸面積，使微結(jié)構(gòu)基底與復(fù)合薄膜可形成良好的接觸。將兩片柔性復(fù)合薄膜材料相對放置，即可得到高性能壓阻式柔性高溫壓力傳感器。

 

　　該傳感器具有高靈敏度(19.8kPa-1)和快速響應(yīng)(<16.7ms)的特點;同時，具有很低的檢測極限，例如，可檢測一個小水滴產(chǎn)生的壓力(約為0.6Pa);柔性基底與復(fù)合薄膜良好的接觸賦予了傳感器長期穩(wěn)定性，經(jīng)過35000次循環(huán)后依然保持穩(wěn)定。由于其良好的性能，該傳感器可用于彎曲、扭轉(zhuǎn)和聲波振動等檢測，也可用來監(jiān)測人體脈搏、呼吸等信號，從而在智能設(shè)備、電子皮膚等領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。

 

　　其二是首次以桑蠶絲作為原材料，通過靜電紡絲及高溫碳化將其轉(zhuǎn)化為微晶石墨化納米纖維膜，制備了一種具有超高靈敏度(34.47kPa?1)、高透明度(90.75%)、低檢測極限(0.8Pa)、超低響應(yīng)時間(<16.7ms)、可陣列化集成的高溫壓力傳感器。該研究利用成熟的靜電紡絲技術(shù)，得到形貌均勻、高比表面積的蠶絲納米纖維膜，通過高溫碳化處理使其形成具有高導(dǎo)電性的石墨化微晶納米纖維膜，并作為高溫壓力傳感器的功能層材料。

 

　　由于通過靜電紡絲技術(shù)制備的蠶絲納米纖維膜具有高密度的交聯(lián)位點，當(dāng)施加外部壓力時，納米纖維膜的接觸位點數(shù)目發(fā)生變化，從而可以實時、靈敏地監(jiān)測壓力;該傳感器可與人體皮膚緊密貼合，對微小的生理信號進行實時的、高保真性的檢測與輸出;高溫壓力傳感器還易于集成及大面積制備，可形成傳感器陣列，從而用于壓力分布的檢測。與此前的方法比較，更為重要的是該方法使用產(chǎn)量豐富、人體友好的桑蠶絲作為原材料，無毒無污染、成本低廉且適宜大規(guī)模生產(chǎn)，從而具有非?？捎^的實用化前景。將其貼附于人體皮膚或集成在可穿戴設(shè)備中，可對健康信號、觸覺重建和人機交互等領(lǐng)域進行應(yīng)用。