具有良好柔韧性和透气性的3D全织物压阻传感器开发

尽管织物基压力传感器已经取得了一系列重要进展，但是导电物质与纤维之间的兼容性差、黏附度弱，易导致在摩擦、洗涤时导电涂层破裂和脱落，使传感器的导电性下降，破坏其长期稳定性，缩短寿命。

近期，东华大学研究团队基于碳纳米管（CNTs）和双组分纤维非织造材料制备了低成本且可批量化生产的3D全织物压阻传感器。其由多层全织物结构组成，呈现出优异的传感性能、良好的柔韧性和透气性，可用于人体生命活动（如脉搏、关节运动等）以及食指弯曲运动的无线监测。在可穿戴电子、健康监测、人机交互等新兴领域展现出广阔的应用前景。

研究人员以聚乙烯（PE）切片和亲水性切片（含量为5 wt.%）为鞘层，聚丙烯（PP）切片为芯层，将工业化纺丝成网与热风粘合技术相结合制备了亲水性PP-PE双组分纺粘非织造材料（PP-PE NWs），再通过浸渍方法和原位热焊接技术将CNT网络固定在PP-PE纤维的表面，多层叠加制备出3D全织物压阻传感器。PP-PE纤维的芯鞘截面结构经热风处理后，相邻纤维间形成了粘合点，呈现出良好的机械性能，满足可穿戴压阻传感器的需求。

研究发现，热焊接温度低（120 ℃），CNT难嵌入PP-PE纤维，导致CNT/PP-PE NWs的耐摩擦和耐水洗色牢度差；热焊接温度过高（140 ℃），使大部分PE与CNT导电网络混合，耐摩擦和耐水洗色牢度强，但绝缘性的PE会阻隔CNT网络的相互连接，导致CNT/PP-PE NWs的电阻明显增大。因此，130 °C为最佳热焊接温度。

研究人员发现当CNT/PP-PE NWs的数量从1增至7时，传感器的灵敏度明显提高，透气性从1382.12 mm/s降低至465.57 mm/s。为了准确获取人体的生命活动，当设定CNT/PP-PE NWs的层数为5时，传感器显示出高灵敏度、良好的透气性、优异的稳定性。

研究人员将该压力传感器固定于人体身体的不同部位，成功获取了人体生理信号（如脉搏、呼吸频率和咳嗽）和运动信号（如肌肉收缩和膝关节弯曲）。

该项研究以“Low‑Cost, Scalable Fabrication of All‑Fabric Piezoresistive Sensors via Binder‑Free, In‑Situ Welding of Carbon Nanotubes on Bicomponent Nonwovens”为题发表在Advanced Fiber Materials上。

审核编辑：刘清