Page 56 - 《精细化工》2023年第12期
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·2598· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
备在大应力/应变范围内具有良好灵敏度的柔性压 对于基于 CPCs 的压阻传感器来说，引入三维多孔
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敏材料 。 结构是实现优异压阻性能的有效策略。多孔结构不
导电聚合物基复合材料（CPCs）是在普通绝缘 仅有效降低 CPCs 的密度，而且使 CPCs 在大应变区
聚合物基体中加入导电填料，在智能传感器领域已 域具有良好的压缩变形性和稳定性 [18] 。此外，通过
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显示出巨大的应用潜力 。导电填料主要包括碳系 改变外部的机械变形，可以很容易地调控三维导电
导电填料，如碳纳米管（CNTs）、石墨烯（GE）和 网络，从而产生不同的传感行为。
炭黑（CB）；金属导电填料，如银纳米线（AgNWs） 目前，碳基传感器由于其在生理活动、健康监
和银纳米粒子（AgNPs）；本征导电聚合物，如聚乙 测和诊断等方面的潜在应用而越来越受到关注 [19] 。
炔、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、过渡金属碳化物/碳 世界范围内，压力和应变传感器的发展都在努力通
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氮化物（MXene）等 [10-11] 。其中，石墨烯由 sp 杂化 过优化材料体系（如石墨烯基、碳纳米管基或聚合
碳原子组成，具有高长径比、大比表面积和优良的 物基等）的制备技术和传感器微观结构设计来提高
电学性能，是一种很有前景的导电和传感材料。基 其灵敏度和稳定性等，最终目标是研制兼具灵敏度
于氧化石墨烯（GO）的还原产物——还原氧化石墨 高、响应快、检测限超低、检测范围宽、成本低、
烯（RGO）是石墨烯最常采用的应用形式，因为其 与皮肤亲和性好、生物相容性好等优点的压阻式传
可以用相对简单的氧化-还原工艺来实现石墨烯材 感器 [20] 。本文以导电填料石墨烯和柔性聚合物基体
料的低成本和批量化制备。对于柔性 CPCs 而言， 为基础，综述了基于石墨烯和聚合物的多孔式柔性
最常采用的聚合物基体包括聚氨酯（PU）、聚二甲 应变传感器的研究进展，介绍了柔性压阻式应变传
基硅氧烷（PDMS）、天然橡胶（NR）等 [12-13] 。 感器的传感机制，总结了具有多孔泡沫结构的柔性
众所周知，压阻式传感器是基于外界施加压力 应变传感器的构筑工艺及其传感性能，并且列举了
或应变时电阻变化的传感器 [14] 。机械效应可以是应 多孔柔性应变传感器在人体运动监测中的应用实
变，也可以是压力。导电填料的取向受机械效应和 例，最后，对基于石墨烯和聚合物的多孔结构柔性
电阻变化的大小和速率的影响。通过监测电阻的实 应变传感器面临的挑战和发展前景进行了展望。
时变化，可以确定施加的应变或压力。同时，压阻 1 柔性压阻式泡沫应变传感器传感机制
式传感器的轻量化和高变形性对于满足不同的实际
需求具有重要意义。独特的微观结构设计是获得高 压阻式应变传感器是一种将施加在传感器上的
灵敏度的柔性压力/应变传感器的有效策略，具体包 压力或应变转化为电阻信号的电阻型传感器，其响
括隔离网络结构、多孔网络结构、微裂纹结构、褶皱 应机制主要基于外界应变/应力作用下导电网络的
结构、多层结构、微阵列结构和微图案化结构等 [15] 。 可逆变化 [21] 。柔性压阻式应变传感器的传感机制主
微观结构的构筑能够有效提高柔性压力传感器的综 要包括以下 3 种：裂纹扩展机制（如图 1a 所示，图
合性能。 中的 0、2%、5%和 10%表示不同的应变值）、重叠-
近年来，在压阻式传感器中引入三维多孔网络 断开机制〔如图 1b 所示，图中(R–R 0 )/R 0 表示样品电
结构受到了广泛关注 [16-18] 。多孔泡沫导电聚合物具 阻的相对变化率，R 0 为样品初始电阻，R 为样品电
有质量轻、比表面积大、孔隙率高、可压缩应变大等 阻〕和隧穿效应（如图 1c 所示，图中 L 0 和 L 分别
系列优点，已广泛应用于压阻式应变传感器领域 [16-17] 。 表示样品在压缩变形前和压缩变形后的高度）等。
