高性能柔性應(yīng)變傳感器在可穿戴設(shè)備和健康監(jiān)測領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。然而，開發(fā)在寬應(yīng)變范圍內(nèi)具有高靈敏度的柔性應(yīng)變傳感器仍是一項重大挑戰(zhàn)。研究設(shè)計了一種具有多孔卷曲結(jié)構(gòu)的纖維膜，作為 TPU/GNPs 柔性應(yīng)變傳感器的基底材料。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計有效地平衡了靈敏度和應(yīng)變范圍。

利用水洗電紡絲法制備的 TPU-PEO 纖維膜具有多孔的 TPU 框架。隨后，對纖維膜進行無水乙醇刺激，以獲得多孔卷曲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過超聲波處理，GNPs 被修飾在熱塑性聚氨酯纖維膜上。所制得的柔性應(yīng)變傳感器在較大的應(yīng)變范圍（350%）內(nèi)具有較高的靈敏度（GF = 4047.5），并表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能、穩(wěn)定性和耐用性（大于 10,000 次循環(huán)）。它不僅能捕捉基本動作，還能有效識別和測量彎曲角度，從而實現(xiàn)更復(fù)雜的人機交互體驗。這一進步為未來智能可穿戴技術(shù)和人機交互提供了可能性，推動了這些領(lǐng)域的發(fā)展。

本文報道了一種具有多孔卷曲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的TPU/GNPs纖維膜，該膜利用其優(yōu)異的孔隙率和機械強度來平衡柔性應(yīng)變傳感器的靈敏度和工作應(yīng)變范圍。采用靜電紡絲法制備TPU-PEO纖維膜，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的TPU網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過水洗和無水乙醇刺激壓接。隨后，在超聲波的協(xié)助下，GNP有效地附著在孔隙和纖維上。多孔結(jié)構(gòu)有利于GNPs導(dǎo)電顆粒的粘附，有效增強了傳感器的電氣和傳感性能。

同時，壓接結(jié)構(gòu)大大擴展了傳感器的工作應(yīng)變范圍。TPU/GNPs應(yīng)變傳感器采用多孔和卷曲結(jié)構(gòu)，在350%的工作范圍內(nèi)表現(xiàn)出高達4047.5的出色靈敏度。該傳感器不僅可以區(qū)分不同的速率和應(yīng)變，而且在長期運行（10,000 次循環(huán)）后仍能保持出色的穩(wěn)定性和耐用性。除了出色的性能外，該傳感器還能夠準確監(jiān)測人體運動和生命體征，甚至可以識別不同的彎曲角度。此外，它還可以應(yīng)用于元宇宙進行實時人機交互，在該領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。這進一步驗證了將多孔和卷曲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于柔性應(yīng)變傳感器的可行性，為平衡靈敏度和工作應(yīng)變范圍的挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。

來源：傳感器專家網(wǎng)