近年來隨著柔性電子技術的快速發展，用于監測人體運動的柔性可穿戴傳感器件引起了學術界和工業界的廣泛關注。其中，柔性壓力傳感器在監測生理健康信號（如脈搏、血壓、呼吸等）方面發揮著重要作用。基于織物的壓力傳感器由于具有出色的柔韌性和透氣性，已成為智能可穿戴電子產品發展的理想選擇。然而，目前大多數織物基壓力傳感器難以在應變干擾的情況下準確監測壓力信號，這限制了它們的進一步應用。 近日，北京服裝學院汪濱副教授、張秀芹教授團隊針對上述問題，制備了一種共軛電紡核-殼導電納米纖維紗線，并將其編織成具有獨特針織羅紋結構的傳感織物。核-殼結構紗線的設計有效提高了壓力傳感靈敏度，且獨特的編織互鎖結構為導電路徑留下了伸展空間（抗拉伸）。兩者的協同效應使傳感器對壓力高度敏感但對拉力不敏感，即使在100%拉伸下也表現出優異的抗拉伸干擾壓力傳感性能。該種NYPS-R2×2傳感器具有高達101.03 kPa?1的高靈敏度，檢測限低至0.14 Pa，響應/恢復時間約為36/54 ms，在1000次壓力循環測試中表現了出色的分辨率和穩定性，且抗拉伸干擾能力優異。 研究人員通過共軛電紡技術制備NYs納米纖維紗線。導電紗線穿過圓錐形噴頭中心，并在收集鼓上纏繞，而TPU納米纖維從兩個高壓噴嘴中噴出并形成泰勒錐，最終附著在導電紗線上形成穩定的殼層結構。隨后，通過針織機將這些紗線編織成不同結構的織物，使其具備優異的透氣性和透濕性。將兩片織物疊加形成電容式壓力傳感器NYPS-R2×2，其中導電芯層作為上下電極層，紗線殼層和中間空氣層共同構成介電層，從而獲得“三明治”結構的微電容傳感器，使其具備高靈敏度和抗應變干擾的能力。 ?

通過示意圖對比織物在100%拉伸前后的形態，表明即使在極大拉伸下，導電路徑依然不發生改變。應變-電容變化率曲線證明了該傳感器對應變的不敏感性。即織物在拉伸過程中，紗線間會發生旋轉和滑移，但不會對介電常數和電極間距產生影響。計算結果表明，應變干擾因子（SIF）僅為8%，遠低于壓力引起的電容變化率，證明NYPS-R2×2具有出色的抗應變干擾能力。 ?

相關成果以“A flexible, highly sensitive, and anti-strain interference sensing fabric based on conjugated electrospinning core–shell conductive nanofiber yarns for ultra-stable pressure sensing and human–machine interaction”為題發表在Chemical Engineering Journal。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158602

審核編輯 黃宇