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Significant Stretchability Enhancement of a Crack-Based Strain Sensor Combined with High Sensitivity and Superior Durability for Motion Monitoring
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-01-30 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b20768 Yujie Zhou 1 , Pengfei Zhan 1 , Miaoning Ren 1 , Guoqiang Zheng 1 , Kun Dai 1 , Liwei Mi 2 , Chuntai Liu 1 , Changyu Shen 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-01-30 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b20768 Yujie Zhou 1 , Pengfei Zhan 1 , Miaoning Ren 1 , Guoqiang Zheng 1 , Kun Dai 1 , Liwei Mi 2 , Chuntai Liu 1 , Changyu Shen 1
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Flexible strain sensors have attracted tremendous interest due to their potential application as intelligent wearable sensing devices. Among them, crack-based flexible strain sensors have been studied extensively owing to their ultrahigh sensitivity. Nevertheless, the detection range of a crack-based sensor is quite narrow, limiting its application. In this work, a stretchable strain sensor based on a designed crack structure was fabricated by spray-coating carbon nanotube (CNT) ink onto an electrospun thermoplastic polyurethane (TPU) fibrous mat and prestretching treatment to overcome the trade-off relationship. Our sensor exhibited combined features of high sensitivity in a greatly widened workable sensing range [a gauge factor of 428.5 within 100% strain, 9268.8 for a strain of 100–220%, and larger than 83982.8 for a strain of 220–300%], a fast response time (about 70 ms), superior durability (>10 000 stretching–releasing cycles), and excellent response toward bending. The microstructural evolution of CNT branches extending from two edges of the cracks and the excellent stretchability of TPU fibrous mats are mainly related to the remarkable sensing properties. Our sensor is then assembled to detect various human motions and physical vibrational signals, demonstrating its potential applications in intelligent devices, electronic skins, and wearable healthcare monitors.
中文翻译:
基于裂纹的应变传感器的可扩展性显着增强,结合了高灵敏度和卓越的耐用性,可用于运动监控
柔性应变传感器由于其作为智能可穿戴传感设备的潜在应用而引起了极大的兴趣。其中,基于裂纹的柔性应变传感器由于其超高的灵敏度而得到了广泛的研究。然而,基于裂缝的传感器的检测范围非常狭窄,从而限制了其应用。在这项工作中,通过将碳纳米管(CNT)墨水喷涂到静电纺热塑性聚氨酯(TPU)纤维毡上并进行预拉伸处理来克服折衷关系,从而制造了基于设计的裂缝结构的可拉伸应变传感器。我们的传感器在较大的可工作感测范围内具有高灵敏度的综合特征[在100%应变下的规格系数为428.5,在100-220%应变下的应变系数为9268.8,而在220-300%应变下的应变系数大于83982.8],快速的响应时间(约70毫秒),出色的耐用性(> 10000次拉伸-释放循环)和出色的弯曲响应。从裂纹的两个边缘延伸的CNT分支的微观结构演变以及TPU纤维毡的出色拉伸性主要与出色的传感性能有关。然后将我们的传感器组装起来,以检测各种人体运动和物理振动信号,从而证明其在智能设备,电子皮肤和可穿戴医疗监护仪中的潜在应用。从裂纹的两个边缘延伸的CNT分支的微观结构演变以及TPU纤维毡的出色拉伸性主要与出色的传感性能有关。然后将我们的传感器组装起来,以检测各种人体运动和物理振动信号,从而证明其在智能设备,电子皮肤和可穿戴医疗监护仪中的潜在应用。从裂纹的两个边缘延伸的CNT分支的微观结构演变以及TPU纤维毡的出色拉伸性主要与出色的传感性能有关。然后将我们的传感器组装起来,以检测各种人体运动和物理振动信号,从而证明其在智能设备,电子皮肤和可穿戴医疗监护仪中的潜在应用。
更新日期:2019-01-30
中文翻译:
基于裂纹的应变传感器的可扩展性显着增强,结合了高灵敏度和卓越的耐用性,可用于运动监控
柔性应变传感器由于其作为智能可穿戴传感设备的潜在应用而引起了极大的兴趣。其中,基于裂纹的柔性应变传感器由于其超高的灵敏度而得到了广泛的研究。然而,基于裂缝的传感器的检测范围非常狭窄,从而限制了其应用。在这项工作中,通过将碳纳米管(CNT)墨水喷涂到静电纺热塑性聚氨酯(TPU)纤维毡上并进行预拉伸处理来克服折衷关系,从而制造了基于设计的裂缝结构的可拉伸应变传感器。我们的传感器在较大的可工作感测范围内具有高灵敏度的综合特征[在100%应变下的规格系数为428.5,在100-220%应变下的应变系数为9268.8,而在220-300%应变下的应变系数大于83982.8],快速的响应时间(约70毫秒),出色的耐用性(> 10000次拉伸-释放循环)和出色的弯曲响应。从裂纹的两个边缘延伸的CNT分支的微观结构演变以及TPU纤维毡的出色拉伸性主要与出色的传感性能有关。然后将我们的传感器组装起来,以检测各种人体运动和物理振动信号,从而证明其在智能设备,电子皮肤和可穿戴医疗监护仪中的潜在应用。从裂纹的两个边缘延伸的CNT分支的微观结构演变以及TPU纤维毡的出色拉伸性主要与出色的传感性能有关。然后将我们的传感器组装起来,以检测各种人体运动和物理振动信号,从而证明其在智能设备,电子皮肤和可穿戴医疗监护仪中的潜在应用。从裂纹的两个边缘延伸的CNT分支的微观结构演变以及TPU纤维毡的出色拉伸性主要与出色的传感性能有关。然后将我们的传感器组装起来,以检测各种人体运动和物理振动信号,从而证明其在智能设备,电子皮肤和可穿戴医疗监护仪中的潜在应用。