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  柔性應變傳感器在監測人身體健康和活動，人機交互和人工智能方面有著巨大的應用潛力，一直是研究的熱點領域。在眾多的導電材料中，碳納米管（CNT）有著很好的導電性、出色的穩定性和生物相容性、以及較低的制造成本，是制備柔性傳感器的重要材料之一。柔性傳感器在構建人體傳感網絡時，穿戴界面有著多變的微環境（溫度，濕度，酸堿度等）和多種力學輸入（壓縮，拉伸，彎曲，扭轉等），但是目前大部分的傳感器對這些刺激都會有一定的響應，從而使得在實際使用過程中，傳感精度受到嚴重的影響。為了解決以上問題，英國曼徹斯特大學李翼教授和李加深博士研究團隊開發了滲入式CNT構建的柔性應變傳感器，可以有效地應對于復雜多變的可穿戴界面。

  圖1介紹了CNT柔性傳感網絡的制備流程。首先，把CNT分散在有機溶液中（圖1a），把含有CNT的有機溶液分別加入到硅橡膠Ecoflex A和B中（圖1b），然后再將它們混合。該材料可以通過濕法紡絲擠出成長纖維（圖1c），3D打印成指定圖案（圖1d），鏤刻印刷在紡織面料上（圖1e）。

圖1.CNT柔性傳感網絡的制備流程

  圖2對CNT/Ecoflex復合材料進行了表征。電鏡和表面元素分布展示了CNT均勻的分布在由濕法紡絲制備的纖維表面（圖2a）和內部（圖2b）。通過改變材料的比例，可以得到不同導電性的纖維（圖2c）。紅外光譜的表征證明了該復合材料中的CNT和Ecoflex形成了C-Si鍵（圖2d）,增加了材料的穩定性。直接將該材料打印在各種基底上（圖2e-g）他們之間可以形成非常好的界面強力。細胞實驗證明了該材料具有非常優異的生物相容性（圖2h），從而確保在使用過程中，該材料不會對人體細胞造成傷害。

圖2.CNT/Ecoflex復合材料的表征

  圖3對傳感器的標定機理以及機電性能表征。該器件可以承受超過860%的拉伸應變（圖3a），并且展現出了很好的線性傳感特性，優于一些報道的柔性應變傳感器（圖3b）。圖3c-e展示了該傳感器在拉伸過程中的形貌實物圖和示意圖，說明了傳感機理。另外，傳感器具有非常優異的靜態穩定性（圖3f）和動態穩定性（圖3g,h）、一定程度的滯后性（圖3i）、很快的反應速度(圖3j）、優異的耐疲勞性（圖3k）。

圖3.傳感器的標定機理以及機電性能表征

  圖4展現了傳感器的傳感穩定性-對溫度、濕度、和酸堿性和其它力學輸入的較低響應度。將一滴水滴到器件表面，水滴會自然的落下，而不是停留在表面或是被吸收（圖4a），說明了該材料的疏水特性。將傳感器放入洗衣機中，在不同的溫度下水洗數個小時，導電性和質量都不會發生明顯的退化（圖4b,c）。更重要的是，傳感器展現出了很高的穩定性，對溫度（圖4d）、濕度（圖4e）、酸堿性(圖4f,g）、彎曲(圖4h）、扭轉(圖4i）和壓縮(圖4j）沒有很高的依賴性，從而確保了器件在應對人體復雜多變的可穿戴界面的傳感穩定性。

圖4.傳感器的傳感穩定性-對溫度、濕度、和酸堿性和其它力學輸入的較低響應度

  圖5展示了傳感器在未來人機交互和人工智能中的應用潛力。將傳感器縫合到手套上，手指動作的信號可以通過藍牙傳送到個人手機上（圖5a,b），而且不同的手勢可以通過深度學習網絡進行識別和辨認（圖5c,d），具有非常高的精度。把該材料通過鏤刻印刷的方式打印到護腕上（圖5e,f），由該器件組成的智能護腕可以精確的控制機器人手腕的向上/向下彎曲（圖5g），展現了在人機交互和康復訓練中的巨大應用潛力。

圖5.傳感器在未來人機交互和人工智能中的應用潛力展示

  相關內容以Flexible strain sensing percolation networks towards complicated wearable microclimate and multi-direction mechanical inputs為題發表在Nano Energy上。該論文的通訊作者是曼徹斯特大學李翼教授和李加深博士；曼徹斯特大學博士劉澤堃為論文第一作者。感謝利茲大學的Sheng Quan Xie教授和香港理工大學的Zijian Zheng教授給與的指導與支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107444