DOI:10.1016/j.cej.2020.125928

可检测应变、温度或化学蒸气的柔性导电聚合物复合材料（CPC）基传感器在软机器人、电子皮肤、热保护和电鼻等多个领域有着巨大的应用前景。然而，将多功能集成到一个柔性电子设备中仍然是一个挑战。本文通过静电纺丝工艺和超声修饰法制备了一种柔性、超轻、高导电性的石墨纳米片（GN）/聚酰胺66（PA66）纳米纤维复合材料基多功能传感器。通过SEM、FTIR、Raman和TGA法对其形貌和结构进行了详细表征。由于将GN锚定到具有多孔结构的静电纺PA66纳米纤维中，形成了灵敏的三维导电网络，该柔性传感器具有良好的应变、温度和气体传感功能。此外，所制备的GN/PA66纳米复合材料作为多功能传感器成功地应用于人体运动和生理心电信号的检测。得益于GN/PA66纳米复合材料的高长宽比，该柔性传感器还可以监测温度，并显示出电阻的典型负温度系数（NTC）效应。另外，无论柔性传感器的物理状态（平坦、折叠、扭曲和打结）如何，都可以准确检测到甲酸、DMF和NH3·H2O的极性化学蒸气。这项工作为集成高性能多功能柔性电子器件以满足下一代可穿戴电子产品的需求提供了一种有效的策略。

图1.制备GN/PA66纳米复合材料的示意图。所制备的电纺PA66垫分别处于平整状态（a）、捏合状态（b）和扭曲状态（c）下的光学图像。（d）超声处理后的GN/PA66纳米复合材料。所有比例尺均为10 mm。

图2.石墨纳米片的形态。（a-c）不同放大倍数的SEM图像。（d）AFM图像。

图3.静电纺PA66的形态。俯视图（a）和横截面（b）的SEM图像。（c）PA66的放大图像。（d-f）分别为C、N和O的元素映射图像。

图4.GN/PA66纳米复合材料的形貌和电性能。（a-b）不同放大倍数的SEM图像，（c）电导率与超声时间的关系。（d）电阻值对冲洗周期的依赖性。

图5.（a）PA66和GN/PA66纳米复合材料的FTIR光谱。（b）GN和GN/PA66纳米复合材料的拉曼光谱。

图6.（a）超声时间为30分钟的纯GN、PA66和GN/PA66纳米复合材料的TGA曲线和（b）DTG曲线。

图7.（a）电纺PA66和GN/PA66纳米复合材料的应力-应变曲线。（b）GN/PA66纳米复合材料的典型相对电阻-应变曲线（蓝色）和应力-应变曲线（红色）。

图8.GN/PA66纳米复合材料作为可穿戴传感器的应用。（a）将柔性传感器安装在人体模型的不同部位，以适应不同的应用。戴在喉咙上的传感器对说话（b）和吞咽（c）的传感性能。（d）监测手指弯曲的传感性能。（e）由GN/PA66纳米复合干电极记录的ECG信号，并与商用电极进行比较。

图9.GN/PA66纳米复合材料的温度传感性能及其应用。（a）30至130℃的电阻-温度曲线。（b）在反复加热/冷却循环（30至100℃之间）下电阻响应与温度的关系。监测商用鼓风机吹出的热风（c）并捕捉盛满热水的杯子（d）的传感性能。

图10.GN/PA66纳米复合材料的气体传感性能。（a）在200 ppm的蒸气浓度下，对不同蒸气（甲酸、DMF和NH3·H2O）的循环传感性能。（b）对不同浓度甲酸蒸气的传感性能。（c）在80％RH的高湿度下对甲酸蒸气的电阻响应。（d）在不同的物理状态下对100 ppm的甲酸蒸气进行循环传感测试。（e）在不同的物理状态下，对不同浓度交替的甲酸蒸气的传感性能。