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彈性導(dǎo)體是具有廣泛應(yīng)用前景的柔性智能可穿戴設(shè)備，近年來，應(yīng)變傳感器作為彈性導(dǎo)體的典型代表一直是研究的熱點(diǎn)。眾所周知，應(yīng)變傳感器需要對(duì)拉伸等應(yīng)變具有靈敏的電信號(hào)響應(yīng)，研究人員在追求應(yīng)變傳感器高靈敏度的同時(shí)，往往忽略了電信號(hào)如何不受干擾地傳遞出去，用傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線穿戴舒適性大打折扣，而且不能滿足服裝變形和肢體運(yùn)動(dòng)的要求；用普通彈性導(dǎo)體，在傳感器位置產(chǎn)生的電信號(hào)會(huì)受到傳遞過程中產(chǎn)生電信號(hào)的干擾甚至覆蓋。如何傳遞應(yīng)變傳感器的電信號(hào)？青島大學(xué)曲麗君教授團(tuán)隊(duì)和深圳大學(xué)張學(xué)記教授團(tuán)隊(duì)的研究獲得了突破。
為了解決上述問題，青島大學(xué)曲麗君教授團(tuán)隊(duì)和深圳大學(xué)張學(xué)記教授團(tuán)隊(duì)通過“預(yù)應(yīng)力法”在聚氨酯彈性復(fù)合長(zhǎng)絲表面構(gòu)筑出了具有蠕蟲形石墨烯導(dǎo)電微層的超彈性導(dǎo)電纖維（圖1）。該纖維在815%拉伸倍數(shù)內(nèi)有可逆電信號(hào)響應(yīng)，其中在220%拉伸倍數(shù)內(nèi)導(dǎo)電纖維表現(xiàn)出理想的電信號(hào)響應(yīng)不靈敏，可以很好地滿足織物在復(fù)雜形變中電信號(hào)的傳遞。
圖1. 具有蠕蟲形石墨烯微層的應(yīng)變不靈敏超彈性導(dǎo)電纖維
該導(dǎo)電纖維的應(yīng)變不靈敏性能工作原理是微層褶皺先被拉直，在褶皺拉直過程中電信號(hào)變化非常小（圖2）。為了直觀表達(dá)應(yīng)變不靈敏性能，研究者對(duì)不同倍數(shù)預(yù)應(yīng)力處理的彈性導(dǎo)電纖維做了幾組對(duì)比應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（圖3），300%預(yù)應(yīng)力處理的導(dǎo)電纖維為GP300@filament在220%拉伸時(shí)電阻變化率ΔR/R0<0.1,此響應(yīng)小到可以忽略不計(jì)。模擬GP300@filament在織物復(fù)雜形變和人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過程中電信號(hào)的響應(yīng)（圖3e），LED燈在織物形變過程中亮度不變，電阻變化率非常小，說明了應(yīng)變不靈敏導(dǎo)電纖維在智能可穿戴中用作電信號(hào)傳遞的可行性，為柔性智能可穿戴的發(fā)展提供了新思路。
圖2. 具有蠕蟲形石墨烯微層的彈性導(dǎo)電纖維應(yīng)變不靈敏原理圖
圖3. 應(yīng)變不靈敏導(dǎo)電纖維的應(yīng)用：（a-b）使用GP0@filament和GP300@filament做導(dǎo)線的簡(jiǎn)易天平及電信號(hào)響應(yīng)；（c-d）使用GP0@filament和GP300@filament做導(dǎo)線的LED燈亮度變化及電信號(hào)響應(yīng)；（e）GP300@filament在織物中對(duì)復(fù)雜形變響應(yīng)情況；（f-g）GP300@filament穿戴在關(guān)節(jié)處的響應(yīng)情況
以上成果近期發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Nano Letters（影響因子：12.279），論文題目為“Stretchable Conductive Fibers of Ultrahigh Tensile Strain and Stable Conductance Enabled by a Worm-shaped Graphene Microlayer”，該論文共同第一作者為青島大學(xué)碩士研究生孫奉強(qiáng)、副教授田明偉以及曼徹斯特大學(xué)博士生孫玄同，共同通訊作者青島大學(xué)曲麗君教授、北京科技大學(xué)許太林教授以及深圳大學(xué)張學(xué)記教授，青島大學(xué)為第一單位，北京科技大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)和深圳大學(xué)為合作單位。
青島大學(xué)智能可穿戴技術(shù)研究中心成立于2018年6月，融合電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科與技術(shù)，結(jié)合新材料開發(fā)、傳感新方法及傳感新器件的構(gòu)建與設(shè)計(jì)。
關(guān)于傳感器材料
傳感器材料分半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機(jī)材料四大類。
