DOI: 10.1016/j.surfin.2022.102132

本工作采用静电纺丝法制备了多壁碳纳米管（MWCNT）/热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）纳米纤维薄膜，MWCNT含量分别为10%、12.5%和15%。TPU用作基体，而MWCNT用作导电材料。结果表明，MWCNT具有中空管状结构。此外，随着多壁碳纳米管用量的增加，纤维膜的热失重逐渐降低。导电性变得越来越好，并且热性能和传感特性也发生了变化。综合各方面性能，选择了MWCNT质量分数为12.5%的MWCNT/TPU纳米纤维薄膜用于人体运动和压力检测。MWCNT/TPU纳米纤维薄膜具有灵敏度高、监测范围宽、响应速度快、稳定性好等特点，有望用于人体运动监测、压力检测和智能穿戴等各方面。

图1.制备、传感和循环测试示意图：（a）MWCNT/TPU纳米纤维薄膜的制备过程；（b）MWCNT/TPU纳米纤维薄膜拉伸过程中的传感示意图；（c）MWCNT/TPU纳米纤维薄膜受压示意图；（d）拉伸循环试验示意图；（e）压缩循环试验示意图。

图2.SEM图像：（a）MWCNT；（b）MWCNT-10；（c）MWCNT-12.5；（d）MWCNT-15。

图3.TEM图像：（a）MWCNT；（b）MWCNT-10；（c）MWCNT-12.5；（d）MWCNT-15。

图4.拉曼和FTIR光谱：（a）TPU和MWCNT以及MWCNT/TPU纳米纤维膜在532nm激光下的拉曼光谱；（b）TPU和MWCNT以及MWCNT/TPU纳米纤维膜的FTIR光谱。

图5.光学照片、力学和热性能：（a）MWCNT-12.5的光学照片；（b）TPU和MWCNT/TPU纳米纤维薄膜的断裂伸长率；（c）TPU、MWCNT和MWCNT/TPU纳米纤维薄膜的TG图。

图6.不同MWCNT质量分数的纳米纤维膜在1%、2.5%、5%、10%、20%、30%和40%变形时的传感信号测试：（a）在不同应变下MWCNT-10纤维膜的电阻随时间的变化；（b）在不同应变下MWCNT-12.5纤维膜的电阻随时间的变化；（c）在不同应变下MWCNT-15纤维膜的电阻随时间的变化；（d）MWCNT-12.5纤维膜在2.5%变形时电阻变化的详细图；（e）不同质量分数的MWCNT/TPU纳米纤维膜的灵敏度测试；（f）MWCNT-12.5纤维膜在形状变量为2.5%时的稳定性测试，以1Hz的频率进行拉伸-松弛循环。

图7.MWCNT/TPU纳米纤维膜在膝弯45°时的传感信号。

图8.不同压力下MWCNT-12.5传感器的传感特性：（a）MWCNT-12.5传感器的电阻、压力和样品压缩位移随时间的变化；（b）MWCNT-12.5传感器的电阻、压力和样品压缩位移随时间的变化；（c）MWCNT-12.5传感器的灵敏度曲线；（d）MWCNT-12.5传感器在f=1Hz、压力为1kPa时的稳定性测试；（e）将5克重物放在传感器上，然后取下。