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  近年來，可穿戴溫度傳感器在醫(yī)學(xué)診斷、電子皮膚、健康檢測和軟機(jī)器人領(lǐng)域備受關(guān)注。人體肌肉的收縮帶動柔性基底的運(yùn)動，容易引起高靈敏度可穿戴傳感器的電阻變化，從而干擾溫度傳感的信號。因此，當(dāng)材料用于如溫度、濕度傳感器時(shí)，小應(yīng)變下（肌肉的收縮、皮膚的變形等）的輸出電信號應(yīng)足夠弱，以防止其干擾有價(jià)值信號的輸出。目前，在實(shí)現(xiàn)材料應(yīng)變不敏感電阻方面已經(jīng)取得了許多重大成就。通過設(shè)計(jì)新型的幾何形狀（如網(wǎng)狀、履帶狀、手風(fēng)琴狀、蛇形狀等），這些材料可實(shí)現(xiàn)特定方向上的應(yīng)變不敏感的電阻變化。然而，人體肌肉的運(yùn)動并不是簡單地沿著一個(gè)維度方向上的運(yùn)動，而涉及多個(gè)維度。因此，他們聚焦于制備各向同性結(jié)構(gòu)的應(yīng)變不敏感傳感器，并開發(fā)一種可穿戴的高性能溫度傳感器。

  近日，廣西大學(xué)徐傳輝課題組設(shè)計(jì)制備了一種應(yīng)變下電阻變化不靈敏的高性能羧基丁苯橡膠（XSBR）基可穿戴溫度傳感器。通過膠乳成膜的手段使銀納米片（Ag NFs）和銀納米顆粒（Ag NPs）均勻分散于XSBR基體并構(gòu)建了具有協(xié)同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電通路，賦予柔性導(dǎo)電復(fù)合材料應(yīng)變不靈敏、溫度響應(yīng)靈敏的特性。在應(yīng)變小于9%時(shí)，復(fù)合材料的電阻相對變化僅為0.001；在應(yīng)變在9-143%之間時(shí)，表示不靈敏度的Q值（quality factor）可達(dá)9.09。此外，由于體系中Ag NPs的引入，復(fù)合材料表現(xiàn)出光熱轉(zhuǎn)化性能，其轉(zhuǎn)化效率可達(dá)78.6%。

1、溫度響應(yīng)橡膠復(fù)合材料（TRR）的制備

  通過膠乳成膜制備TRR復(fù)合材料。在成膜過程中，乳膠粒子的間隙隨著水的蒸發(fā)而逐漸收縮，限制了Ag NFs和Ag NPs在空間中的分布（因?yàn)樗鼈儫o法進(jìn)入乳膠顆粒內(nèi)部），因此，具有大面積的Ag NFs之間可發(fā)生重疊。體系中的醛基改性的羧甲基淀粉鈉可促進(jìn)Ag NFs和Ag NPs在基體中的均勻分散，并防止高比重納米材料的沉積。Ag NFs和Ag NPs在基體中構(gòu)建的協(xié)同結(jié)構(gòu)由SEM和TEM表征。大表面積的Ag NFs互相堆疊，在小應(yīng)變下維持導(dǎo)電通路的穩(wěn)定性。同時(shí)，大量的Ag NPs填充在Ag NFs之間，有助于形成更多的導(dǎo)電通路。在較大應(yīng)變下，盡管重疊的Ag NFs已被完全分離，但Ag NPs仍然可通過滲流網(wǎng)絡(luò)或電子隧道在一定程度上維持導(dǎo)電穩(wěn)定性。

2、TRR復(fù)合材料應(yīng)變不靈敏的特性

圖1. TRR復(fù)合材料應(yīng)變不靈敏的特性

3、TRR復(fù)合材料的應(yīng)用

圖3. TRR復(fù)合材料的溫度響應(yīng)性能及其應(yīng)用

  圖3為復(fù)合材料在可穿戴溫度傳感方面的應(yīng)用。TRR-30復(fù)合材料表現(xiàn)出令人滿意的溫度系數(shù)（TCR）和有效的溫度范圍。將其佩戴于人體手臂上以記錄人體溫度變化，此時(shí)(R-R₀)/R₀為0。一旦46.3 °C的熱源與手臂皮膚接觸，(R-R₀)/R₀在0.5 s的時(shí)間內(nèi)0迅速下降至-0.12。對于健康管理的應(yīng)用，隨著傳感器的佩戴，（(R-R₀)/R₀從0（室溫）下降至-0.40（手臂溫度：33.3 °C）。當(dāng)穿戴者出現(xiàn)“發(fā)燒”癥狀（皮膚溫度為35.6°C），其輸出信號降至-0.46。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149329