Page 22 - 《精细化工》2021年第4期
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·656· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
了一种具有双互连导电网络结构的 SBR/NR-GE 复 GE 基复合材料(导电材料 GE 体积分数约为 4.0%)
合材料。在组装过程中,带正电荷的功能化 GE 与 低约 12 倍。此外,基于该复合材料的应变传感器表
带负电荷的 NR 胶乳粒间的静电作用有助于 NR/GE 现出高灵敏度(~82.5)、宽应变范围(120%)和良
通道的互连,随后,具有完整互连结构的渗流 NR/GE 好的重复性(~300 个循环)。该研究在不损害复合
通道被固定在 SBR 相界面上,形成另一个互连结构。 材料力学性能的情况下,为构建高导电性、低逾渗
这种结构使得复合材料具有超低的逾渗阈值(导电 阈值的理想网络结构提供了一种有效方法,操作简
材料 GE 体积分数约为 0.3%),比均匀分散的传统 单,成本较低,并且易于扩展到其他系统。
图 7 基于 3D-GE 隔离网络结构的 SBR/GE 复合材料的制备示意图 [88]
Fig. 7 Schematic illustration of SBR/GE composites with a 3D-GE segregated network [88]
3.4 界面相互作用 过 5000 次循环)和线性度,可用于监测人体不同运动
应变传感器的传感行为涉及应变从柔性基体向 状态下的活动。然而,PDA 对传感器拉伸性能的提高
导电层的传递,导电层中裂纹的产生和传播最终导 程度仍较为有限(83%),以弹性聚(苯乙烯-丁二
致电阻的变化,因此,导电材料与柔性基体间的界 烯-苯乙烯)(SBS)作为“砂浆”可以改善这种情况。
面相互作用对传感器的传感行为具有极大影响。 MENG 等 [56] 以 RGO 和 Cu-Ag NWs 作为“砖”,以
自然界中,珍珠层、骨头、龙虾角质层等材料 SBS 作为“砂浆”,制备的 Cu-Ag NWs/RGO/SBS 应
具有杰出的机械性能 [91] ,这些天然材料中有序的分 变传感器的传感范围可达 374%,且具有超高的灵敏
级微/纳米结构与丰富的界面相互作用间的协同作 度(87362)和良好的稳定性。
用有助于提高能量耗散,从而增强其对外力的耐受 其次,导电材料与聚合物基体间界面相互作用
性 [92-98] 。受到这些生物材料启发,在传感器中构筑 的减弱会使导电材料在拉伸过程中更易发生滑移。
多重界面相互作用,同样能够起到耗散外加应变, HUANG 等 [99] 在 GE 纳米片间插入聚合物纳米球,
拓宽传感范围的作用,并且可以有效地减弱传感器 制备了一种多孔石墨烯纤维(PGFs),该结构通过
的迟滞现象。SHI 等 [52] 以 MXene/Ag NWs 为“砖”、 减少接触面积的方式减少了 GE 纳米片与聚合物间
2+
聚多巴胺(PDA)/Ni 为“砂浆”制备了仿珍珠层 的互连,如图 8b 所示。在施加应变时,由于纤维多
2+
结构的 MXene-Ag NWs-PDA/Ni 柔性应变传感器, 孔结构网络骨架的弯曲或孔壁的旋转,孔隙结构比
如图 8a 所示。拉伸过程中,界面相互作用(氢键、 层层堆积结构具有更大的空间,呈现出更大的拉伸
配位键)、聚合物链(PDA)拉伸和片层结构滑移间 能力。因此,PGFs 表现出较高的灵敏度(应变为
的协同作用,在控制裂纹产生和逐步传播的同时, 0~5%和 5%~8%时,灵敏度分别为 51 和 87)、优异
也耗散了大量能量,从而使传感器具有优异的综合 的循环耐久性(6000 个循环)、较快的响应时间
感知能力。因此,基于该结构的传感器具有较宽的 (<100 ms)和较低的检测限(0.01%),可以检测
应变传感范围(83%)、超高的灵敏度(应变为 包括实时脉搏监测、关节运动和眼球运动等各种信
0~15% 、 15%~35% 、 35%~60% 、 60%~77% 和 息。然而,这种较弱的界面相互作用也会导致导电
77%~83%时,灵敏度分别为 256.1、433.3、1160.8、 网络在拉伸释放时无法及时恢复,产生明显的滞后
2209.1 和 8767.4)、低迟滞现象、优良的耐久性(超 现象。