DOI:10.3390/s20092459
压力传感器已广泛用于电子可穿戴设备和医疗设备中，以检测微小的物理运动和机械变形。因此，制备出理想的、穿着舒适的、高灵敏度以及快速响应的传感器以捕获人体生理信号仍然是一个挑战。
近日，北京服装学院汪滨副教授等在Sensors期刊上发表了题为“Highly Sensitive, Breathable, and Flexible Pressure Sensor Based on Electrospun Membrane with Assistance of AgNW/TPU as Composite Dielectric Layer”.
文章中，研究者基于静电纺丝技术，使用热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）电纺纳米纤维膜作为可拉伸基材，结合银纳米线（AgNWs）来构建复合介电层，从而创建了一种可能解决此问题的新型电容式柔性压力传感器。此外，通过丝网印刷将碳纳米管（CNT）涂在TPU膜上作为柔性电极，以保持传感器的柔性和透气性。由于AgNW/TPU复合介电层的微观结构和易改变的复合介电常数的协同作用，基于电容变化的物理压力和机械变形相当小，柔性压力传感器可以检测到微小的人体体征。该传感器显示出高灵敏度（在9.0×10-3〜0.98 kPa范围内为7.24 kPa-1）、低检测极限（9.24 Pa）、出色的透气性以及快速响应（<55 ms）。而且，连续按压/释放循环超过1000s和弯曲超过1000次都不会损害该柔性压力传感器的灵敏度、稳定性和耐用性。这种将弹性体纳米纤维膜与AgNWs相结合的策略，证明了电容式压力传感器的高性价比和可扩展性，有望在电子皮肤和可穿戴设备中得到广泛应用。
图1.基于纳米纤维膜的柔性电容式压力传感器的制造示意图：（a，b）银纳米线（AgNWs）的制备，（c）纺丝溶液的制备，（d）静电纺丝工艺，（e-g）传感器的组装：电极印刷和超声波焊接。
图2.TPU ENMs的形态和部分性能测试：（a，b）TPU ENMs的SEM和直径分布，（c）不同纺丝时间的TPU ENMs的机械性能，（d）透气性比较。
图3.不同AgNW掺杂量的AgNW/TPU复合纳米纤维膜的SEM图像和纤维直径分布：（a，d）AgNW/TPU-1.0mL；（b，e）AgNW/TPU-4.0mL；（c，f）AgNW/TPU-5.0mL。
图4.不同AgNWs掺杂量的AgNW/TPU ENMs的应力-应变曲线。
图5.纳米纤维分析。（a）复合纳米纤维膜（AgNW/TPU-4.0mL）的SEM图像，（b）复合纳米纤维膜（AgNW/TPU-4.0mL）和纯TPU纤维膜的XRD比较，（c）纤维膜任意拦截区域的元素映射分析：（I）碳（蓝点）、（II）银（红点）、（III）氧（黄点）和（IV）氮（绿点）的位置。
图6.（a）以AgNW/TPU ENMs作为复合介电层的传感器的灵敏度测试和（b）机理演示。
图7.传感器的性能测试。（a，b）所制备传感器的机械耐久性和稳定性测试，以及（c）长寿花叶片导致的该传感器的电容变化。
