近日，我校材料与纺织工程学院赵健伟教授发表“高导电柔性可穿戴应变传感器”领域的研究论文，相关成果以《基于高导电碳纳米管/聚氨酯复合纤维的可穿戴应变传感器》 (Wearable strain sensor based on highly conductive carbon nanotube/polyurethane composite fibers) 为题，于2020年2月27日在线发表于国际著名材料科学领域期刊《纳米技术》 （Nanotechnology），论文第一作者为我校联培硕士研究生庄再裕同学，赵健伟教授为论文通讯作者。

高导电、可拉伸、可穿戴柔性应变传感器在电子皮肤、柔性机器人、医学诊断和监测等领域有着重要的应用。本论文本文通过Fe²⁺离子与羧基化碳纳米管的界面连接，制备了具有高导电性、可拉伸性的碳纳米管/聚氨酯复合纤维，基于该复合纤维的应变传感器能够实现对人体不同关节运动的监测。

羧基化碳纳米管具有结合Fe²⁺离子的能力，Fe²⁺离子与羧基化碳纳米管形成的配位界面连接可以极大地促进配位结的电子传输。通过涂覆将羧基化碳纳米管附着在聚氨酯纤维形成导电网络，之后利用Fe²⁺离子将碳纳米管之间连接，得到的复合纤维的电导率为72 S m^-1，提高了近4倍。利用密度泛函理论计算对该实验结果进行了证明和解释，复合纤维的高电导率是配位结的强电子态耦合促进界面电子传输的结果。此外，Fe²⁺离子与羧基化碳纳米管构建的导电路径以及它们之间形成的强分子间相互作用，使得基于该复合纤维的应变传感器性能大大提高。应变-响应性能测试表明，应变传感器具有高灵敏度（在40%-50%应变范围内灵敏度为36），宽应变范围（5%-50%），无拉伸速率依赖性（10 mm/min-500 mm/min）和良好的耐久性（可承受超过200次循环测试）。在实际应用中能够监测人体手指、手腕、手肘关节的运动，以及面部微表情的变化。良好的信号稳定性和可重复性，显示了其在智能可穿戴电子产品中的巨大应用潜力。

Fig.1. (a) schematic illustration of the fibers preparation process; (b) the I–V curves of different composite fibers; (c) the relative resistance change under 50% strain at tensile rates of 10–500 mm min⁻¹; (d) the relative resistance change under different strains; (e)-(h) the response signals for finger bending, wrist bending, arm bending at angles of 65° and 90°, open mouth.

(论文DOI：10.1088/1361-6528/ab6fdd)