Wet-Pulling Method Induced Self-Folding Layered CNT/WPU Fiber Strain Sensor with Ultrahigh Sensitivity and Wide Working Range for Human Activity Detection

材料科学 灵敏度(控制系统) 折叠(DSP实现) 拉伤 纤维 复合材料 纳米技术 航程(航空) 光电子学 机械工程 电子工程 医学 内科学 工程类
作者
Chuanle Xie,Wenwen Liu,Wenwen Liu,Ju Li,Lingyu Sun,Fujun Xu,Yantao Gao,Zan Lu,Wei Liu,Wei Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (25): 37099-37111 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.5c06899
摘要

The rapid development of flexible electronics has intensified the demand for strain sensors that simultaneously achieve high sensitivity, wide detection range, and exceptional durability, particularly in human activity monitoring applications. In order to overcome the intrinsic sensitivity─stretchability trade-off in conventional resistive sensors, this work proposes a carbon nanotube (CNT)/waterborne polyurethane (WPU) composite fiber strain sensor featuring a layer-by-layer structure fabricated via a novel wet-pulling method. The synergistic interaction between the self-folding hierarchical layered structure, formed via the wet-pulling method, and surface crack engineering enables an ultrahigh gauge factor (GF = 117222.64) across a wide working range (243.78% strain). This synergy ensures both a rapid dynamic response (60 ms response time, 80 ms relaxation time) and excellent cyclic stability (>6000 cycles). With a CNT content of 28.62% and an electrical conductivity of 369.36 ± 67.99 S·m–1, the fiber accurately monitors subtle physiological signals (e.g., pulse and swallowing) and large-scale joint movements. Moreover, the device exhibits potential for applications in encrypted message transmission. This work establishes a scalable, cost-effective strategy for developing next-generation wearable sensors that integrate high performance with long-term reliability.
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