碳纳米管协同银@石墨烯改性氟硅橡胶复合材料的制备及应变传感性能
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五粮液集团公司产学研使用项目(CXY2021ZR001);自贡市科技局四川大学自贡市校地科技合作专项项目(2024CDZG-18);大学生创新创业训练计划(S202410622035);四川轻化工大学研究生创新基金资助项目(Y2024063)


Strain-Sensing Properties of Carbon Nanotube and Silver@Graphene Modified Fluorosilicone Rubber Composites
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    摘要:

    针对目前单一填料制备的柔性应变传感材料逾渗阈值高、力敏性能差等缺点,采用一维填料碳纳米管(CNT)和原位合成的高电导率且性能稳定的银@石墨烯(AG)复合填料协同改性氟硅橡胶(FSR),利用具有不同几何效应复合填料的协同作用制备了 CNT/AG/FSR 复合材料。 结果表明,AG 导电填料性能稳定且结构可控。 适量 CNT 和 AG均匀分散在 FSR 基体中,形成了三维导电网络。 CNT/AG/FSR 复合材料在 0 ~ 35% 应变响应范围内具有高度线性响应,灵敏度(GF)为 11.79,线性相关系数达 0.99。 将其组装成柔性应变传感器后,在不同拉伸应变范围和运动频率下均呈现出稳定且可重复的电阻信号。 可以准确监测颈部抬头、手指运动、手肘运动和膝盖弯曲等人体动作,有望应用于具有大应变响应需求的可穿戴设备和人体运动监测领域。

    Abstract:

    Due to the high percolation threshold and poor strain sensing performance of flexible strain sensing materials prepared with a single filler, in this paper, one-dimensional filler carbon nanotubes (CNT) and in-situ synthesized high conductivity and stable silver@ graphene (AG) composite fillers were synergistically introduced into fluorosilicone rubber ( FSR). Based on the synergistic effect of composite fillers with different geometric effects, CNT/AG/FSR composite materials were prepared. The results indicate that AG conductive fillers have stable performance and controllable structure. The appropriate amount of CNT and AG are uniformly dispersed in FSR matrix to form a three-dimensional conductive network. The flexible strain sensors based on CNT/AG/FSR composite materials show stable and reproducible properties at different tensile strain ranges and motion frequencies. In strain response range of 0 ~ 35% , the sensor exhibit highly linear response with a GF value of 11.79 and a linear correlation coefficient of 0.99. This composite material can accurately monitor human movements such as neck lifting, finger movement, elbow movement, and knee bending, and is expected to be applied in wearable devices and human motion detection fields with high strain response requirements.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

何 山, 吴畏慰, 郑 佳, 张晨熙, 王 煋, 任瑞阳, 苏 建, 谭徜彬.碳纳米管协同银@石墨烯改性氟硅橡胶复合材料的制备及应变传感性能[J].高分子材料科学与工程,2026,42(4):52-60. Shan He, Weiwei Wu, Jia Zheng, Chenxi Zhang, Xing Wang, Ruiyang Ren, Jian Su, Changbin Tan. Strain-Sensing Properties of Carbon Nanotube and Silver@Graphene Modified Fluorosilicone Rubber Composites[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(4):52-60.

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