Ultrathin GPU/CNTs@Ag Electrospun Fibers for Use as Strain/Piezoresistive Flexible Wearable Sensors

材料科学 电阻式触摸屏 可穿戴计算机 光电子学 拉伤 纳米技术 静电纺丝 复合材料 计算机科学 聚合物 嵌入式系统 医学 内科学 计算机视觉
作者
Ruiyong Yang,Yongling Wu,Mingming Liu,Hongyu Zheng
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:25 (10): 17072-17084 被引量:5
标识
DOI:10.1109/jsen.2025.3554561
摘要

Carbon-based nanomaterials are excellent candidates for constructing conductive sensing networks in a flexible polymer matrix, which is widely used. However, it remains a challenge to improve the flexibility and sensitivity of multifunctional sensor by synergistically combining several conductive materials in the sensor fabrication processes. In this study, graphene (GR)-dopped thermoplastic polyurethane (TPU) GPU was adopted as the matrix material with surface grafting of carbon nanotubes (CNTs) and silver nanoparticles (Ag) for fabricating fibrous membranes by electrospinning and ultrasonic adsorption. Then, GPU/CNTs@Ag-based sensors were made and tested for their piezoresistive and strain sensing properties. The results showed that GR and Ag nanoparticles increased the initial piezoresistance response, and the piezoresistive sensor had the sensitivity of 0.08 kPa ${}^{-{1}}$ within 0–6 kPa with the response/recovery time of 15/35 ms. The strain sensor performed well up to 400% deformation with a gauge factor (GF) of 349.8 and a response/recovery time of 68/199 ms. The sensors had stability for more than 5000 cycles. The sensors showed excellent detection of human body movements, including limb motion, respiration, and muscle rhythm. A $4\times 4$ piezoresistive array was fabricated and the corresponding data acquisition system has been developed to monitor the real-time signals of external stress distribution. Therefore, the GPU/CNTs@Ag sensors fabricated with the novel design strategy demonstrated considerable prospective applications such as human motion detection, smart skin, and machine haptics.
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