Highly-stretchable porous thermoplastic polyurethane/carbon nanotubes composites as a multimodal sensor

材料科学 热塑性聚氨酯 碳纳米管 复合材料 导电体 石墨烯 多孔性 压力传感器 标度系数 结构健康监测 压阻效应 检出限 纳米技术 弹性体 制作 机械工程 工程类 病理 统计 替代医学 医学 数学
作者
Guoxuan Zhu,Hua Li,Meiling Peng,Guiyan Zhao,Jianwen Chen,Yutian Zhu
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:195: 364-371 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.04.033
摘要

Conductive polymer composites (CPCs) can be designed into stretchable sensors because of their flexibility and responses to external stimuli. However, sensors based on traditional CPCs normally exhibit unsatisfactory detection limits and narrow sensing ranges, which astrict their practical applications. Herein, we designed a new multimodal sensor based on porous CPCs composed of thermoplastic polyurethane (TPU) and carbon nanotubes (CNTs). The sensor can be used to detect the stimuli of strain, pressure, and temperature. As a strain sensor, ultra-low detection limit (0.01%) and ultrawide sensing range (0.01%–900%) are achieved simultaneously, owing to the highly stretchable TPU skeleton anchored with a microcracked CNT conductive layer. To our knowledge, the strain sensor possesses the lowest detection limit and the widest sensing range compared to previously reported CPC-based strain sensors. Meanwhile, this sensor can also output repeatable electrical responses to different pressure stimuli due to the reversible variation of the porous TPU skeleton and CNT networks during cyclic compression and release process. More interestingly, the as-prepared sensor is also capable of monitoring respiration because of its excellent linear negative temperature coefficient effect. It is credible that this highly stretchable sensor possesses tremendous potentials in human motion monitoring, personal healthcare monitoring, and human-computer interaction.
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