文献导读：

下一代可穿戴电子产品需要具有成本效益、灵活性、灵敏度和多功能的敏感元件。基于此，江南大学刘天西教授和黄云鹏副教授介绍了一种高灵敏度、宽探测范围的超可拉伸双模应变/触觉传感器，及其在监测人体运动和呈现各种声音形状方面的应用。相关研究内容以“Presenting the shape of sound through a dual-mode strain/tactile sensor”为题目，发表于期刊《Journal of Materials Chemistry A》上。

本文要点：

1、该研究开发了一种高度弹性的双模式应变/触觉传感器，具有极低的检测限度、高灵敏度和超宽的检测范围。

2、该传感器可监测人体活动和不同自然声音的形状，在声音可视化技术应用中具有巨大的潜力。

3、通过在高弹性OBC微纤维基底上密集涂覆高导电性CNTs，实现了卓越的压阻传感性能。

4、当纤维导体用作应变传感器时，可以获得极低的检测限（074%）、超宽的传感范围（0.074-350%）和快速的响应时间（107 ms）。此外，响应范围宽（0-70 kPa），灵敏度高（0.073 kPa^-1），并且当其用作触觉传感器时，还可以实现快速响应/恢复时间（30 ms/60 ms）。

一张图读懂全文：

具有优异压阻传感性能的高弹性纤维导体是如何制备的?

1、通过将皮肤友好的OBC弹性体电纺成高弹性纤维基底，然后采用多功能声波辅助组装策略将碳纳米管（CNTs）牢固且均匀地嵌入OBC微纤维中，开发了具有卓越压阻传感性能的高度弹性纤维导体。

2、该导体在应变和压力方面表现出极低的检测限度、高灵敏度、超宽的检测范围和快速的响应/恢复能力，适用于监测各种人体运动和不同自然声音。

双模式应变/触觉传感器具有哪些特点？

1、极低的检测限 (0.074%)：传感器能够检测到非常细微的形变，例如心跳、动脉搏动和声带振动。

2、超宽的传感范围 (0.074-350%)：传感器能够检测到从轻微的拉伸到剧烈的身体运动等各种幅度的运动。

3、快速的响应时间 (107 ms)：传感器能够快速响应动态运动，例如跑步或跳跃。

4、柔性和可穿戴性：可以集成到织物或其他可穿戴设备中。

5、低功耗：非常适合电池供电的应用。

6、低成本：易于大规模生产。

这些优点使双模态应变/触觉传感器成为监测人类活动和健康状况的理想选择。

图1超可拉伸CNTs/OBC双模应变/触觉传感器的制作示意图。

图2 (A-C)不同倍率下纯OBC微纤维基板的SEM图像。不同涂覆次数的OBC纤维碳纳米管的SEM图像:(D-F)一次(CNTs/OBCs-1)， (G-I)两次(CNTs/OBCs-2)， (J-L)三次(CNTs/OBCs-3)。

图3 (A)纯OBC和CNTs/OBC微纤维的TGA曲线。(B)纯OBC和CNTs/OBC微纤维的FTIR光谱。(C) OBCs、CNTs和CNTs/OBCs的拉曼光谱。(D) OBC和CNTs/OBC非织造纤维的应变-应力曲线。(E和F)不同应变下CNTs/OBCs前5个循环的应变-应力曲线及相应的滞后量。

图4 (A)不同碳纳米管涂层时间下CNTs/OBCs的电阻和电导率。(B)不同应变下CNTs/OBC(三层碳纳米管涂层)应变传感器的I-V曲线。(C) CNTs/OBC应变传感器的测量因子(GF)与应变的关系。(D-F)不同应变下CNTs/OBC传感器的循环应变传感行为。(G) 1%应变下，拉伸速率为500mm min⁻¹时，传感器的响应/恢复时间。(H) 50%应变下传感器长期稳定性试验。(1) CNTs/OBC传感器检测到的手腕弯曲电阻信号。(J-M) CNTs/OBC复合纤维在逐渐增加的应变下拉伸的SEM图像，从100%到300%，最终恢复到100%。

图5 CNTs/OBC纤维导体的压力传感特性。(A)不同外压下的I-V曲线。(B) 0 ~ 70kpa压力范围内的电流响应。(C)不同压力水平下的循环压力传感行为。(D)瞬时压力下的响应/恢复时间。(E)压力传感器在20kpa下压缩速率为2mm min⁻¹时的循环稳定性。(F)使用CNTs/OBC压力传感器实时检测测试员读出不同单词“fiber”、“hello”和“O”时的发声振动。(G)压力传感器在腕部脉搏检测中的应用。(H) CNTs/OBC压力传感器传感机理示意图。

图6 (a - c)基于CNTs/OBC纤维导体的柔性4 × 4像素电子皮肤的照片和结构示意图。(D-I)电子皮肤上不同项目的照片，以及相应的空间压力分布图。

图7使用CNTs/OBC双模应变/触觉传感器的声音检测。(A、B)声音检测检测系统建设。(C-E)辨别动物的声音，包括蛙叫声、蝉叫声、虎叫声。(F)探测雨声。(G)诗歌朗诵过程中声音的视觉呈现。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D3TA03398H