天津工業大學:聚乳酸/石墨烯電紡複合納米纖維的穿戴式傳感器

2020-12-05 材料分析與應用

本文要點：

通過靜電紡絲製備具有各種石墨烯含量的PLLA /石墨烯複合納米纖維，進行生物電子皮膚的性能測試和應用探索

成果簡介

有機壓電膜作為柔性和可穿戴壓力傳感器是製造電子皮膚的理想材料。本文，天津工業大學張興祥教授團隊在《Energy Technology》期刊發表名為「PolylLactic Acid/Graphene Electrospun Composite Nanofibers for Wearable Sensors」的論文，研究通過靜電紡絲製造聚乳酸（PLLA）/石墨烯複合納米纖維。PLLA /石墨烯電紡複合納米纖維的相對結晶度從9％增加到30％。與樣品K0（d 14 = 0.42 pC N -1）相比，樣品K0.1 的d 14值（d 14 = 9.02 pC N -1）增加了2048％。

使用PLLA /石墨烯電紡納米纖維墊，聚酯纖維和聚二甲基矽氧烷（PDMS）製成壓電生物電子皮膚。最大開路電壓（Voc）和可穿戴式傳感器的短路電流（I sc）為184.6 V和10.8μA。通過觸摸生物電子皮膚產生的響應可以轉換為數位訊號。壓電生物電子皮膚用於監測人體的脈搏。根據結果，計算出76次搏動min -1，這與正常人的心率間隔（60-100次搏動min -1）相符。石墨烯的添加會影響纖維直徑，熱穩定性，相對結晶度以及沿纖維軸向的壓電性能（d 14）。這種小而靈活的傳感器可以實現很高的靈敏度，可以用於生理和保健監視語音識別。

圖文導讀

方案1、壓電生物電子皮膚的製造和應用說明插圖。

圖1、a）微型-石墨烯片，b）將PLLA的照片/石墨烯複合納米纖維墊，c）中的石墨烯片的代表性TEM微圖像，d）的石墨烯片的小橫向尺寸的代表性TEM微圖像，E）數字的拉曼光譜分散液的照片，f）吸光度的差異。

圖2、電紡PLLA納米纖維和PLLA /石墨烯複合納米纖維的SEM圖像

圖3、電紡PLLA納米纖維和PLLA /石墨烯複合納米纖維的壓電常數

圖4、a）由PLLA /石墨烯電紡複合納米纖維墊製成的壓電生物電子皮膚的數字照片，對人的手指具有柔韌性；b）吉時利6517B系統靜電計的照片。

圖5.a）肘部屈曲和膝蓋屈曲演示，b）人腕脈搏監測和心率測試以及c）語音識別。

小結

通過簡便的靜電紡絲工藝製備了PLLA /石墨烯電紡複合納米纖維。石墨烯的添加沒有改變PLLA的特徵性官能團。該小型柔性傳感器可以實現高靈敏度，可以用於生理和健康監護及語音識別。

文獻：

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