作者:严涛 来源:中国科学报 发布时间:2023/8/12 22:37:58
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静电纺丝技术在物理传感器制备方面的研究取得进展

 

近日,西安工程大学刘呈坤教授团队结合其前期工作基础在ACS Materials Letters上发表综述,系统地总结了近年来基于静电纺丝技术制备具有良好性能的物理传感器的研究进展,并对这一领域未来面临的挑战和发展趋势提出了自己的观点。

论文从物理效应和转换原理的角度对物理传感器进行了分类,同时讨论了物理传感器的关键参数如灵敏度、响应时间和循环稳定性,并对各类传感器的工作原理及具体优缺点进行了比较。重点回顾了基于静电纺丝技术的各种物理传感器的最新应用实例,包括压力、应变、温湿度及其他类型传感器。在此基础上,作者对压力传感器中天然生物材料的使用及传感器在特殊环境中的应用也进行了关注。

制造同时具有大应变范围和高灵敏度的应变传感器一直是这一领域的研究重点。作者介绍了基于静电纺丝技术制备高灵敏度、大应变范围的应变传感器的最新进展。通过将静电纺丝与其他技术相结合,可以使碳材料或金属纳米颗粒等导电材料负载于纳米纤维表面,并结合结构设计使制备的物理传感器在性能上得到提升。

在温度传感器中,传统的基于半导体的热敏电阻或基于金属的热电偶等,具有成型消耗大、柔性小的缺点。而利用静电纺丝技术制备的温度传感器,不仅解决了上述问题,同时能实现对温度的实时以及非接触式监测。湿度传感器中,基于电纺薄膜的电子湿度传感器比光学和声学湿度传感器具有低功耗、高灵敏度、良好的稳定性和优良的响应或恢复时间等优势。然而相较于压力和应变传感器,目前利用静电纺纳米纤维膜制备温湿度传感器的研究还相对较少。

该综述系统回顾了静电纺丝技术在物理传感器领域的研究进展,通过协同优化基于静电纺丝技术的物理传感器的材料选择和结构设计来提高传感性能是当前主要的研究方向。静电纺纳米纤维兼具纳米材料和纤维材料的优点,特别是通过细化纤维直径以及设计特殊结构,可以进一步提升物理传感器的性能,但在使用它制造物理传感器方面也存在一些挑战。基于静电纺丝技术制备稳定耐用的物理传感器仍然存在诸多困难,亟待研究人员进一步深入探讨,以求其更广泛的应用。

西安工程大学研究生曹涵琳为文章第一作者,刘呈坤教授为通讯作者。

不同类型的物理传感器及其应用。

压电、压阻、电容和摩擦电传感器的优缺点比较。(图片均由西安工程大学提供。)

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00144

 
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