Highly Sensitive Ultrathin Flexible Thermoplastic Polyurethane/Carbon Black Fibrous Film Strain Sensor with Adjustable Scaffold Networks

标度系数 热塑性聚氨酯 材料科学 炭黑 复合材料 静电纺丝 导电体 应变计 耐久性 复合数 石墨烯 制作 聚合物 纳米技术 弹性体 病理 天然橡胶 医学 替代医学
作者
Xin Wang,Xianhu Liu,Dirk W. Schubert
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:13 (1) 被引量:285
标识
DOI:10.1007/s40820-021-00592-9
摘要

In recently years, high-performance wearable strain sensors have attracted great attention in academic and industrial. Herein, a conductive polymer composite of electrospun thermoplastic polyurethane (TPU) fibrous film matrix-embedded carbon black (CB) particles with adjustable scaffold network was fabricated for high-sensitive strain sensor. This work indicated the influence of stereoscopic scaffold network structure built under various rotating speeds of collection device in electrospinning process on the electrical response of TPU/CB strain sensor. This structure makes the sensor exhibit combined characters of high sensitivity under stretching strain (gauge factor of 8962.7 at 155% strain), fast response time (60 ms), outstanding stability and durability (> 10,000 cycles) and a widely workable stretching range (0-160%). This high-performance, wearable, flexible strain sensor has a broad vision of application such as intelligent terminals, electrical skins, voice measurement and human motion monitoring. Moreover, a theoretical approach was used to analyze mechanical property and a model based on tunneling theory was modified to describe the relative change of resistance upon the applied strain. Meanwhile, two equations based from this model were first proposed and offered an effective but simple approach to analyze the change of number of conductive paths and distance of adjacent conductive particles.
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