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  近年來，柔性可穿戴功能傳感器的迅速發(fā)展改變了傳統(tǒng)的醫(yī)療診斷模式，賦予其可穿戴、舒適、遠(yuǎn)程操作、及時反饋等綜合特性，推動了可穿戴人體活動監(jiān)測和個人健康管理的出現(xiàn)。在眾多可穿戴傳感器的應(yīng)用中，應(yīng)變傳感和溫度傳感是重要的研究方向。應(yīng)變響應(yīng)的高靈敏度是準(zhǔn)確檢測人體引起的細(xì)微運(yùn)動（例如脈搏和心跳）到關(guān)節(jié)、肌肉大尺度動作的關(guān)鍵。同時，實時且連續(xù)的皮膚溫度監(jiān)測對于預(yù)測人體和熱環(huán)境的認(rèn)知狀態(tài)以及疾病的早期診斷至關(guān)重要。一般來說，為了滿足全人體運(yùn)動檢測和實時溫度變化監(jiān)測的基本要求，傳感器不僅要具備寬廣的響應(yīng)范圍和全工作范圍內(nèi)的高靈敏度，還必須具備較高的電阻溫度系數(shù)和溫度分辨力。然而，目前大多數(shù)可穿戴傳感材料的實際應(yīng)用普遍受限于柔性拉伸、靈敏度與力學(xué)強(qiáng)度不理想，導(dǎo)電率較低、熱敏性差以及感官功能單一等問題。

  近期，廣西大學(xué)徐傳輝教授課題組設(shè)計了一種以橡膠為基材，具有高靈敏度、低檢測限、高溫度系數(shù)和高力學(xué)強(qiáng)度的多功能柔性傳感器材料。該橡膠復(fù)合材料由羧基丁苯橡膠（XSBR）與天然高分子絲膠（SS）非共價鍵修飾的碳納米管（CNTs）通過加工手段調(diào)控膠乳復(fù)合成膜制備（如圖1）。

圖1 XSBR/SSCNT傳感器的制備與形貌表征

  其中SS來源蠶絲屬可再生資源，能夠提高碳納米管在橡膠基體中的分散性，而不會對CNTs造成任何化學(xué)破壞。由此制備的XSBR/SSCNT傳感器能夠檢測細(xì)微和大的變形，具有217%伸長率、12.58 MPa拉伸強(qiáng)度、25.98 高靈敏度（即應(yīng)變系數(shù)）、1% 應(yīng)變低檢測限，0.071 S/m高電導(dǎo)率和 0.504 wt%滲透閾值（如圖2）。

圖2 XSBR/SSCNT傳感器的導(dǎo)電性以及靈敏性

  此外，XSBR/SSCNT傳感器還具有令人滿意的熱敏性（0.01636 ℃^-1）和出色的溫度響應(yīng)（如圖3）。

圖3 XSBR/SSCNT傳感器的溫度傳感特性及機(jī)制

  不僅可檢測人體手指、手腕、肘部和膝蓋彎曲等大變形運(yùn)動，還可快速對人體細(xì)微動作如脈搏、面部表情、說話和呼吸等做出準(zhǔn)確響應(yīng)。此外，XSBR/SSCNT傳感器還可用于人體體溫測量（如圖4、5）。

圖4 XSBR/SSCNT作為可穿戴傳感器的真實演示

圖5 XSBR/SSCNT可穿戴傳感器的實際應(yīng)用

  綜上，該橡膠復(fù)合材料應(yīng)用于傳感器具有實時和原位生理信號的集成跟蹤能力，為開發(fā)可穿戴人工智能在人體健康和運(yùn)動監(jiān)測方面提供了新途徑。

  相關(guān)成果近期以“A High-Performance, Sensitive, Wearable Multifunctional Sensor Based on Rubber/CNT for Human Motion and Skin Temperature Detection”為標(biāo)題發(fā)表在Advanced Materials（Adv. Mater. 2021, 2107309）上。論文的第一作者為廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士生林夢轉(zhuǎn)，通訊作者為徐傳輝教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金資助。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107309