Page 16 - 《精细化工》2021年第4期
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·650·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            子皮肤、人机交互等领域均受到了广泛关注                     [10-16] 。   转移、浸泡或沉积等方法涂覆于聚合物基体表面形
                 自 2004 年发现石墨烯（GE）以来，2D 材料的                    成导电层，其关键在于聚合物基体与导电材料间良
            种类急剧增加，如 GE、过渡金属碳/氮化物（MXene）、                      好的附着力，这对保证传感器传感行为的稳定性和
            过渡金属硫化物（TMDs）、氮化硼（BN）、二硫化                          重复性至关重要。因此，通常采用对导电材料或聚
            钼（MoS 2 ）、二硫化钨（WS 2 ）等。2D 材料的原子                    合物基体进行表面改性的方式来引入较强的相互作
            厚度使其表现出优异而独特的物理化学性能，如高                             用力，如共价键或离子键等。YANG 等                [27] 首先通过
            透明度、柔韧性、延展性、大比表面积、生物相容                             静电纺丝法制备了聚氨酯纤维（PF）毡，随后利用
            性和高选择性等，因而在能源、环境和生物等领域                             MXene 表面丰富的亲水官能团（—OH，—F，—O 等）
            具有广阔的应用前景。近年来，随着对 2D 材料的                           与 PF 中 N—H 基团间大量的氢键和静电相互作用，
            开发和研究，以 GE 和 MXene 为代表的 2D 材料在                     将 MXene 纳米片均匀包覆于 PF 表面，最后将其用
            监测人体活动和生理信号方面展现出巨大的潜力，                             碳双面胶布连接，获得综合性能优异的 MXene/PF
            2D 材料优异的机械柔韧性、较高的可修复性和导电                           应变传感器，如高灵敏度（可达 228）、宽传感范围
            性使其在高灵敏度应变传感器领域具有良好的重复                             （超过 150%）、低检测限（0.1%）和良好的稳定性
            性，较大的比表面积使其在受到应变时能够提供更                             （超过 3200 个循环）（如图 1 所示）。LI 等            [28] 将聚
            大的感知面积，高质量的晶格和较低的信噪比使其                             氨酯（PU）纳米纤维浸泡于 GE/乙醇悬浮液中，通
            工作性能更为稳定         [17] ，这些特质激发了研究人员对                过超声处理获得了 GE 修饰的 PU 纳米纤维。在超声
            基于 2D 材料的高性能可穿戴电子设备的研究热情。                          过程中，高黏弹性的 PU 表面发生软化，基于界面
            除导电材料外，柔性聚合物作为可穿戴压阻式应变
                                                               自由能最小化原理，GE 倾向于在纳米纤维表面聚
            传感器的柔性支撑结构，其性能直接决定了传感器
                                                               集，快速移动的 GE 在与 PU 反复碰撞的过程中均匀
            的弹性。目前，许多商业化的柔性聚合物已被用于可                            包覆在其表面，从而获得了具有核-壳结构的导电纳
                                                       [18]
            穿戴传感器领域，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 、                         米纤维 GE/PU。
            聚二甲基硅氧烷（PDMS）           [19-20] 、聚丙烯（PP）   [21] 、

            聚酰亚胺（PI）       [22] 、热塑性聚氨酯（TPU）        [23] 、天
            然橡胶（NR）       [24] 和环氧树脂  [25] 等。因此，基于 2D
            导电材料/柔性聚合物复合材料（2D-CPC）的可穿
            戴压阻式应变传感器具有较高的灵敏度、良好的拉
            伸性和柔韧性、优异的耐久性、可调的应变传感性
            和易加工等特点。
                 基于此，本文综述了 2D-CPC 基可穿戴压阻式


            应变传感器的研究进展。首先对 2D-CPC 基可穿戴                           图 1  MXene/PF 应变传感器的制备原理示意图            [27]
            压阻式应变传感器的类型进行了总结；其次，阐述                             Fig. 1    Schematic diagram of preparation principle of
                                                                      MXene/PF strain sensor [27]
            了 2D-CPC 基可穿戴压阻式应变传感器的传感机理
            和性能指标；然后，对 2D-CPC 基可穿戴压阻式应
                                                                   对于表面吸附型传感器，导电材料通过一些较
            变传感器的影响因素及其应用进行了归纳；最后，
                                                               弱的相互作用（氢键、范德华力等）结合在柔性基
            对 2D-CPC 基可穿戴压阻式应变传感器的发展趋势
                                                               体表面，在制备过程中难以对导电层厚度、形貌结
            进行了展望。
                                                               构等进行精确控制，因此，该类传感器存在着处理
            1  2D-CPC 基可穿戴压阻式应变传感器的                            过程复杂、重复性差、难以工业化生产等缺点。

                类型                                             1.2   内部填充型
                                                                   内部填充型压阻式应变传感器是通过物理共
                 2D-CPC 基可穿戴压阻式应变传感器通常由绝                       混、超声、剪切等方式将导电材料直接分散在聚合
            缘的柔性聚合物基体和导电材料两部分构成，根据                             物颗粒或溶液中，随后进行热压/挤压或热固化而得
            导电材料在柔性基体上的分布形式，可将传感器分                             到的。LIAO 等     [29] 将 MXene 引入水凝胶网络中，
            为表面吸附型、内部填充型和三明治夹心型三类，                             MXene 表面丰富的亲水官能团与缠结的高分子链间
            这些具有不同微观结构的传感器在工作过程中会表                             形成多重相互作用，在聚合物中形成 3D 导电网络，
            现出不同的传感性能          [26] 。                          增加了电子的运输，使得纳米复合水凝胶（MNOH）
            1.1   表面吸附型                                        的电导率显著提高，如图 2 所示。WU 等                [30] 将制备
                 表面吸附型压阻式应变传感器将导电材料通过                          的 MXene 基纳米复合有机水凝胶用于手指/手腕弯
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