几乎没有研究开发具有零温度电阻系数（TCR）的可穿戴应变传感器，这对于克服温度干扰问题至关重要。在此，通过简便的直接墨水书写技术成功地制备了高度可拉伸的石墨烯纳米片（GNP）/碳纳米管（CNT）/有机硅弹性体（GCE）纤维。制备的 GCE 纤维由分别具有负温度系数 (NTC) 和正温度系数 (PTC) 的 CNT 和 GNP 组成。结果，通过调整 CNTs 和 GNPs 的质量比获得的 GCE 纤维显示出接近零的 TCR (1.14*10-4 ℃)，与文献报道的值相比，这是最低的。此外，与之前报道的数据相比，GCE 应变传感器表现出最高的灵敏度（100% 应变的规格因子 (GF) = 14550.2），工作范围宽（1 至 100%），检测限低（1% 应变） )、快速响应时间 (170 ms) 和高耐用性 (10 000 次循环后)。此外，GCE 应变传感器在包括长期储存和潮湿/水暴露在内的外部条件下表现出出色的电气稳定性。最后，在水和高温条件下检测各种人体运动，以展示 GCE 应变传感器出色的传感性能和响应稳定性。
 
 
Figure 1. (a) GCE 纤维的DIW工艺示意图。(b) GNPs和(c) CNTs 的SEM图像。(d) 显示 GCE 纤维横截面的SEM图像。(e) XRD 图案和 (f) CNT、GNP、有机硅弹性体和 GCE 纤维的拉曼光谱。(g) 有机硅弹性体和 GCE 纤维的 FTIR 图案和 (h) TGA 结果。(i) GCE 纤维的光学图像，显示其在高达 300% 应变下的出色拉伸性。
 

Figure 2. (a) GCE 纤维的电阻率作为混合 GNP/CNT 填料中 GNP 质量比的函数。(b) 当温度从 25℃升高到 100℃时 GCE 纤维的 RCR。(c) 将制备的 GCE-20 纤维的 TCR 与以前的作品进行比较。(d) GCE-20 光纤的 RCR，当温度从 25℃升高到 100℃并在 100℃下保持 15 分钟时。(e) 示意图显示了具有接近零 TCR 的 GCE-20 光纤的机制。
 
 
Figure 3. (a) GCE 应变传感器的 RCR 作为施加应变的函数。(b) GCE 应变传感器的应变传感机制。(c) GCE 应变传感器的 GF 值和应变范围与之前报道的那些工作的比较。
 
 
Figure 4. GCE 应变传感器的应变传感特性：(a) 在 1%、10%、20% 和 40% 的各种应变水平下的循环响应，(b) 在不同加载频率下 20% 应变的循环响应，(c) 循环对幅度为 20% 的方波状应变的响应，(d) 响应时间和恢复时间，(e) 在加载应变为 20% 的拉伸-释放循环（10000 次循环）下的长期循环稳定性，（ f) 在 30、40 和 60 1C 的不同温度下对 20% 加载应变的循环响应。
 
 
Figure 5.(a) 长期存储的 GCE 应变传感器的电稳定性。(b) 相对湿度和 (c) 水对 GCE 应变传感器的 RCR 响应的影响。
 
 
Figure 6. GCE应变传感器的应用演示。用于检测 (a) 微笑动作和 (b) 吹气状态的 GCE 应变传感器的 RCR 响应。 (c) GCE 应变传感器用作拉伸开关来控制 LED 灯的亮度。 (d) 光学图像显示了在五个手指和手腕的关节上编织有六个 GCE 应变传感器的智能手套。 (e) 用于监测不同手势的 GCE 应变传感器的电响应。 (f) GCE 应变传感器在空气、水、酸和碱溶液等各种测试条件下的照片。 (g) GCE 应变传感器在自然环境中以及浸入水、酸和碱溶液后对手指弯曲/释放运动的 RCR 响应。 (h) 图像（光学和红外）和 (i) GCE 应变传感器在不同温度下对手腕弯曲运动的电响应。
 
       相关研究工作由重庆大学Zhen-Hua Tang和Yuan-Qing Li课题组与2022年发表在《J. Mater. Chem. C》上，原文： Direct ink writing of a graphene/CNT/silicone composite strain sensor with a near-zero temperature coefficient of resistance。

转自《石墨烯研究》公众号