强健超弹的蜘蛛网状聚酰亚胺纤维基导电复合气凝胶用于极端温度下的线性压力传感器

作     者：杨文科 刘虎 杜厚义 张旻悦 王春枫 尹锐 潘曹峰 刘春太 申长雨 Wenke Yang;Hu Liu;Houyi Du;Minyue Zhang;Chunfeng Wang;Rui Yin;Caofeng Pan;Chuntai Liu;Changyu Shen

作者机构：Key Laboratory of Materials Processing and Mold(Zhengzhou University)Ministry of EducationNational Engineering Research Center for Advanced Polymer Processing TechnologyZhengzhou UniversityZhengzhou 450002China CAS Center for Excellence in NanoscienceBeijing Key Laboratory of Micro-nano Energy and SensorBeijing Institute of Nanoenergy and NanosystemsChinese Academy of SciencesBeijing 101400China College of Physics and Optoelectronic EngineeringShenzhen UniversityShenzhen 518060China China Astronaut Research and Training CenterBeijing 100094China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2023年第66卷第7期

页      面：2829-2842页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(12072325,52125205,U20A20166,and 52192614) the National Key R&D Program of China(2019YFA0706802,2021YFB3200304,and 2021YFB3200302) the 111 project(D18023) the Natural Science Foundation of Beijing Municipality(Z180011 and 2222088) Shenzhen Science and Technology Program(KQTD20170810105439418) the Fundamental Research Funds for the Central Universities 

主　　题：polyimide fibre superelastic aerogel pressure sensor linear sensing environmental tolerance 

摘      要：压力传感器是人工触觉感应的基石.尽管人们对高性能压力传感器进行了广泛的研究,但解决传感器的高灵敏度、宽线性响应范围和宽工作温度范围仍然面临巨大挑战.在此,我们创新性地应用三乙胺实现了疏水聚酰亚胺纤维(PIFs)在碳纳米管(CNT)水溶液中的均匀分散,同时纤维的结构不会受到破坏,并利用冻干和热酰亚胺化技术制备了强健超弹的蜘蛛网状(PIF/CNT)导电复合气凝胶.该气凝胶作为压力传感器具有宽线性感应范围(0.01-53.34 kPa)、超低检测限(10 Pa)、高灵敏度(0.507 kPa^(-1))、快速响应/恢复时间(85/80 ms)、稳定的快速压缩响应(500 mm min^(-1))和优异的抗循环疲劳能力(5000次)等优异的传感性能.有限元分析表明,多级纤维网络有利于相邻的导电纤维之间的接触面积在外部压力下有明显的线性变化,使之表现出优异的线性传感性能.该传感器可用于人体生理和运动信号检测、电子皮肤和智能控制,且在极端温度(-100-300℃)下表现出出色的传感稳定性和热绝缘性,可用于极端太空环境下太空服和月球/火星栖息地充气结构的传感单元.本工作为开发下一代线性压力传感器提供了一个简单有效的方法.