DOI: 10.1039/d0tc00029a

可穿戴式应变传感器是健康监测的一项迫切需求，而以环境友好和可扩展的方式设计具有超高灵敏度和宽应变范围的易用、灵活应变传感器仍然具有挑战性。此外，目前对这些传感器的机理研究还不够充分。本文提出了一种利用银纳米线（AgNWs）与还原氧化石墨烯（rGO）耦合制备电纺热塑性聚氨酯（TPU）毡柔性应变传感器的简便方法。仅用AgNWs和rGO制备的TPU应变传感器，由于两种纳米材料在形貌上的差异，显示出较高的应变灵敏度和较宽的工作范围。而rGO/AgNWs/TPU传感器由于AgNWs与rGO的相互作用以及组装过程中产生的耦合效应，对应变灵敏度和传感范围具有协同效应。例如，与AgNWs/TPU和rGO/TPU（两者的应变系数均在数百范围内）的对应应变传感器相比，其具有超高的灵敏度（应变系数，GF≈4.4×107）和更宽的探测范围。此外，传感器显示出对不同频率、应变以及长期拉伸（1000个循环）的可靠响应。这些应变传感器可用于监测人体运动，如关节活动和肌肉运动，从而展现了它们在医疗保健和人机交互应用中的潜力。

图1.（a）rGO/AgNWs/TPU应变传感器的制备过程，以及（b）AgNWs/TPU、rGO/TPU和rGO/AgNWs/TPU应变传感器的感应机制的示意图。

图2.（a，a’）纯TPU膜、（b，b’）AgNWs/TPU、（c，c’）rGO/TPU和（d，d’）rGO/AgNWs/TPU应变传感器的SEM图像。（a）中的插图显示了TPU纤维的直径分布。（e）TPU垫、AgNWs/TPU、rGO/TPU和rGO/AgNWs/TPU应变传感器的XRD图谱和（f）FTIR光谱。

图3.（a）X-GO/Y-AgNWs/TPU应变传感器的典型相对电阻变化（△R/R0）-应变曲线。（b）与最近报道的应变传感器的灵敏度和可拉伸性的比较。（c）AgNWs/rGO/TPU应变传感器的响应时间。（d）rGO/AgNWs/TPU应变传感器在0至40％的应变范围内，和（e）在不同拉伸和释放速率（0-10％应变）下的相对电阻变化。（f）在重复施加10％应变的情况下进行1000次拉伸和释放循环的耐久性测试。

图4.（a）1-rGO/5-AgNWs/TPU、（b）1-rGO/TPU和（c）5-AgNWs/TPU应变传感器的实验数据和拟合曲线。（d）应变传感器在0-50％的应变中的传导途径的变化。

图5.rGO/AgNWs/TPU应变传感器的感应机制的示意图。

图6.（a）用于健康监测的工作模式下的可穿戴式应变传感器的示意图。rGO/AgNWs/TPU应变传感器对（b）发音、（c）手指弯曲、（d）握拳、（e）和（f）走路以及（g）和（h）鞠躬循环运动的响应。