Electron transport engineering of carbon hybrid network towards physiological signal monitoring and efficient heat management

材料科学 石墨烯 聚二甲基硅氧烷 碳纳米管 标度系数 耐久性 纳米技术 热导率 氧化物 复合材料 制作 医学 病理 冶金 替代医学
作者
Yan Luo,Wei Cao,Kaili Wu,Huinan Wang,Xin Wang,Huijuan Lin,Kun Rui,Yan Yan,Jixin Zhu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:465: 142734-142734 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142734
摘要

E-skin that can mimic the complex functions of human skin has attracted considerable interest in health monitoring and medical diagnosis. However, the accurate and reliable detection of multiple external stimuli using a sole sensing component remains challenging. Herein, we describe a flexible strain-temperature sensor fabricated by employing conductive 1D multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), 2D reduced graphene oxide (RGO) and a flexible polydimethylsiloxane (PDMS) substrate to construct a sandwich structure. Consequently, the flexible [email protected] hybrid film with optimized conductivity exhibits a high gauge factor (GF = 1888) at a strain up to 40 %, prominent long-term durability (8000 cycles at 25 % strain), low strain detection (0.05 %) and rapid response (57 ms). The significantly enhanced performance is attributed to the synergy of tubular MWCNTs and layered RGO, as revealed by finite element analysis. Additionally, the hybrid film sensor exhibits temperature-sensing ability with a typical negative temperature coefficient of resistance and delivers an improved sensitivity upon thermal stimulus via prestrain-induced microcracks and a thermal expansion strategy. Owing to its excellent sensing properties, it can not only detect human motions in various situations but also be adopted as a temperature warning/cooling system, supporting its feasibility for use by patients lacking temperature perception and bringing convenience to daily life.
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