High-performance fiber strain sensor of carbon nanotube/thermoplastic polyurethane@styrene butadiene styrene with a double percolated structure

材料科学 标度系数 热塑性聚氨酯 复合材料 碳纳米管 丁苯橡胶 纤维 苯乙烯 聚氨酯 相(物质) 弹性体 聚合物 制作 共聚物 化学 替代医学 有机化学 病理 医学
作者
Dong Xiang,Libing Liu,Xiaoyu Chen,Yuanpeng Wu,Menghan Wang,Jie Zhang,Chunxia Zhao,Hui Li,Zhenyu Li,Ping Wang,Yuntao Li
出处
期刊:Frontiers of Materials Science [Higher Education Press]
卷期号:16 (1) 被引量:28
标识
DOI:10.1007/s11706-022-0586-8
摘要

In this work, a high-performance fiber strain sensor is fabricated by constructing a double percolated structure, consisting of carbon nanotube (CNT)/thermoplastic polyurethane (TPU) continuous phase and styrene butadiene styrene (SBS) phase, incompatible with TPU (CNT/TPU@SBS). Compared with other similar fiber strain sensor systems without double percolated structure, the CNT/TPU@SBS sensor achieves a lower percolation threshold (0.38 wt.%) and higher electrical conductivity. The conductivity of 1%-CNT/TPU@SBS (4.12×10−3 S·m−1) is two orders of magnitude higher than that of 1%-CNT/TPU (3.17×10−5 S·m−1) at the same CNT loading of 1 wt.%. Due to double percolated structure, the 1%-CNT/TPU@SBS sensor exhibits a wide strain detection range (0.2%–100%) and an ultra-high sensitivity (maximum gauge factor (GF) is 32411 at 100% strain). Besides, the 1%-CNT/TPU@SBS sensor shows a high linearity (R2 = 0.97) at 0%–20% strain, relatively fast response time (214 ms), and stability (500 loading/unloading cycles). The designed sensor can efficiently monitor physiological signals and movements and identify load distribution after being woven into a sensor array, showing broad application prospects in wearable electronics.
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