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
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            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。
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