DOI: 10.3390/polym14183875

随着科学技术的进步，柔性传感器已成为研究热点。柔性传感器在人体健康检测和运动监测等领域有着广泛的应用。本文采用双针静电纺丝法制备了丝素蛋白/石墨烯纳米纤维膜。此外，通过叠加双针静电纺丝制备的单层丝素蛋白/石墨烯纳米纤维膜，获得了具有高灵敏度的三维复合分层结构。用聚二甲基硅氧烷封装三维分层结构以制备压力传感器，所构建压力传感器的灵敏度可达7.7Pa-1。总体而言，该压力传感器具有出色的耐用性（>2000次循环）和更短的响应时间（490ms），在人体健康检测和运动监测方面具有广阔的研究前景。

图1.（a）纯SF纳米纤维膜和SF/Gr纳米纤维膜的SEM图像。Gr的浓度分别为（b）10mg/mL、（c）15mg/mL和（d）20mg/mL。分别放大5000倍和10,000倍。

图2.（a）纳米纤维膜的SEM图像和（b）根据（a）分析的孔隙率。（c）SF、（d）SF/Gr10mg/mL、（e）SF/Gr15mg/mL和（f）SF/Gr20mg/mL的纳米纤维直径分布。“Aver.Diameter”代表纳米纤维的平均直径。

图3.纳米纤维膜的水接触角。

图4.SF、SF/Gr10mg/mL、SF/Gr15mg/mL和SF/Gr20mg/mL纳米纤维膜的FTIR光谱。

图5.纳米纤维膜的机械性能。

图6.Gr10mg-1、Gr10mg-2、Gr10mg-3、Gr15mg-1、Gr15mg-2、Gr15mg-3、Gr20mg-1、Gr20mg-2和Gr20mg-3的灵敏度试验结果。图中的S代表灵敏度。

图7.SF/Gr传感器的传感性能测试。（a）I-T曲线表示SF/Gr传感器的响应时间约为490ms。（b）I-T曲线显示当压力升高时SF/Gr传感器的相对电流变化趋势。（c）SF/Gr传感器在43.1KPa下进行2000次循环压缩试验后保持出色的稳定性。

图8.SF/Gr柔性压力传感器在实时监测人体活动和检测物理信号中的应用。（a）SF/Gr传感器在弯曲过程中的变形；（b）SF/Gr传感器在扭曲过程中的变形；（c）人体运动测试示意图；（d-g）肘、指关节、腕、膝运动信号示意图。

图9.SF/Gr压力传感器的横截面图。（a）只含一张SF/Gr纳米纤维膜的压力传感器的横截面；（b）由两张SF/Gr纳米纤维膜叠加形成的压力传感器；（c）由三张SF/Gr纳米纤维膜叠加形成的压力传感器。子图（d-f）——分别为（a-c）的横截面SEM图像。

图10.SF/Gr压力传感器的工作原理。（a）SF/Gr传感器的电路模型，（b）由单层SF/Gr膜组成的传感器电路示意图，（c）由多层SF/Gr膜组成的传感器电路示意图。