福州大学赖跃坤教授：超疏水织物应变传感器的智能溺水报警系统

研究背景

可穿戴应变传感器在人体运动以及生理信号监测方面发挥着重要作用。尽管在简化应变传感器制备和提高性能方面已取得了重大进展，但导电材料在潮湿或水下环境中容易脱落，进而使传感器失效，采用封装等方法可以防止导电材料从基底上脱落，但同时会降低传感器的透气性。

研究亮点

基于此，福州大学赖跃坤教授团队等人报道了一种超疏水导电针织涤纶织物应变传感器。首先，通过浸涂法在可拉伸针织物上涂覆一层氧化石墨烯纳米片，经氢碘酸(HI)还原后，将导电织物进一步浸入所制备的PDMS微米/纳米颗粒分散体中，以沉积一层分级PDMS结构，从而赋予导电织物超疏水性。所制备的超疏水应变传感器的水接触角高达156°，即使在大变形(拉伸至200%，弯曲至80%)后仍保持稳定，在300次磨损循环和20次加速洗涤循环后，样品在超疏水性和导电性方面表现出良好的机械稳定性。此外，所制备的超疏水应变传感器对1–50%的拉伸应变表现出快速响应，并且在循环拉伸下具有稳定的信号输出。该超疏水应变传感器可用于检测水下行为，如水振动和水下人体手指弯曲，当与无线蓝牙系统连接时，制备的超疏水应变传感器可用于监测游泳并在可能溺水的情况下发出警报。相关成果以“A Breathable Knitted Fabric-Based Smart System with Enhanced Superhydrophobicity for Drowning Alarming”为题发表在ACS Nano上。

图文解析

图1 超疏水导电织物制造过程示意图

图2 超疏水导电织物在(a)拉伸和(b)弯曲下的光学图像和水接触角；(c)在300次磨损循环和(d) 20次加速洗涤循环后超疏水导电织物的水接触角和电阻变化；(e)透气性测试示意图；(f) NH3渗透前后pH试纸颜色变化；(g)改性后织物的透气性

图3 在不同拉伸速度(a)和不同应变(b)下性能测试；(c)加载和卸载时传感器的响应时间；(d)与其他报道的应变传感器性能比较； (e)循环拉伸和释放10000秒后的电阻变化

图4 所制作的超疏水导电织物传感器的水下应变传感性能。在(a)短时间和(b)长时间功率变化的超声处理下的传感性能；(c)敲击烧杯壁的电响应信号；(d)在水下弯曲和伸直时附着在手指上的传感性能；对(e)不同高度的水滴(50 μL)和(f)不同pH值的液滴的响应

图5 所制作的超疏水导电织物传感器的水下应变传感性能。在(a)短时间和(b)长时间功率变化的超声处理下的传感性能；(c)敲击烧杯壁的电响应信号；(d)在水下弯曲和伸直时附着在手指上的传感性能；对(e)不同高度的水滴(50 μL)和(f)不同pH值的液滴的响应

原文信息

Tianxue Zhu, Yimeng Ni, Kaiying Zhao, Jianying Huang*, Yan Cheng, Mingzheng Ge, Cheolmin Park*, and Yuekun Lai*, A Breathable Knitted Fabric-Based Smart System with Enhanced Superhydrophobicity for Drowning Alarming, ACS Nano

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08325

本文来源：微信公众号“微纳传感与柔性电子”，微纳传感与柔性电子为非营利性学术公众平台，聚焦分享微纳化学量、物理量和生物量传感器与柔性电子器件领域的最新研究成果。同时，公众号免费为各课题组提供相关领域最新研究成果的宣传业务。编者学识有限，如有错误，恳请批评指正！