【工业动态】宁波材料在柔性聚合物泡沫压阻传感器方面取得了进展

07-03 06:36

导电弹性体复合泡沫材料压阻传感器在运动监测、健康监测、人机交互、服务机器人等领域具有重量轻、可压缩性好、响应稳定性高的优点，具有广阔的应用前景。目前，科研人员除了追求简单、环保的制备工艺外，还致力于扩大泡沫传感器的检测范围，提高其灵敏度。超级临界二氧化碳(scCO2)泡沫是一种新型的多孔压阻材料制备方法，具有制备简单、环境友好等特点。但是，由于熔体强度过高，导电弹性体复合泡沫压阻传感器采用scCO2发泡法制备，其压缩应变传感范围较低。（< 60%应变）。为了适用于更多的使用场景，研究人员在努力不断发展可拉伸的导电弹性体复合泡沫传感器，拓宽传感器拉伸应变传感范围。可是，导电弹性体复合泡沫材料的导电性和拉伸性之间有难以调和的分歧，难以达到具有超宽应变范围的压阻泡沫传感器。

长期致力于热塑性弹性体泡沫功能的相关科研工作，如中国科学院宁波材料技术与工程研究所汪龙研究员。

团队选择了scCO2发泡技术，设计制备了宏观隔离结构聚烯烃弹性体，以实现超宽压缩应变传感范围的压阻泡沫传感器。（POE）/碳纳米结构（CNS）复合性泡沫材料，这种材料有效地解决了高发泡率与压阻效应之间的矛盾，发泡率高(约9倍)、具有良好的导电性和防水性能(水接触角度为140.8°）。如图1所示，制备的压阻泡沫传感器显示出超宽的应变范围(压缩应变从0.5%到90%/0.5到3800。 kPa），可作为监测不同人体运动的功能鞋底材料。

图1 POE/CNS复合泡沫材料传感器的宏观隔离结构制备与应用

宽拉伸应变范围的多孔导电材料是理想的柔性电子材料。但由于拉伸过程中的导电或机械故障，多孔导电弹性体复合材料很难达到超宽应变传感范围。通过调整界面导电网络，研究人员对单层CNS@POE颗粒进行了设计和制备(平均直径约3500 µm）POE/CNS复合泡沫材料组装隔离结构。该材料具有高拉伸性能(952.5%应变)、弹性好(13.8%残留应变)和导电性能(约50% kΩ）。此外，POE分子链在热成型过程中向导电层扩散，提高了导电层的柔软度。在拉伸过程中，阻碍了导电层裂纹的快速扩展，扩大了泡沫传感器的响应范围。如图2所示，POE/CNS复合泡沫传感器的单层隔离结构完成了超宽的应变响应范围(从0.5%到762%)，远远超过POE/CNS复合泡沫传感器的随机分布结构(0-153.5%应变)；该传感器可用于全范围的人体运动监测、健康监测和工程设备。（Mater. Today Phys. 2025, 55, 101741）。