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High-performance fiber strain sensor of carbon nanotube/thermoplastic polyurethane@styrene butadiene styrene with a double percolated structure

引用

Frontiers of Materials Science 2022年第1期16卷 99-110页

作者： Dong XIANG Libing LIU Xiaoyu CHEN Yuanpeng WU Menghan WANG Jie ZHANG Chunxia ZHAO Hui LI Zhenyu LI Ping WANG Yuntao LI School of New Energy and Materials Southwest Petroleum UniversityChengdu 610500China State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation Southwest Petroleum UniversityChengdu 610500China College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400030China School of Mechatronic Engineering Southwest Petroleum UniversityChengdu 610500China The Center of Functional Materials for Working Fluids of Oil and Gas Field Southwest Petroleum UniversityChengdu 610500China

In this work,a high-performance fiber strain sensor is fabricated by constructing a double percolated structure,consisting of carbon nanotube(CNT)/thermoplastic polyurethane(TPU)continuous phase and styrene butadiene styrene(SBS)phase,incompatible with TPU(CNT/TPU@SBS).Compared with other similar fiber strain sensor systems without double percolated structure,the CNT/TPU@SBS sensor achieves a lower percolation threshold(0.38 wt.%)and higher electrical *** conductivity of 1%-CNT/TPU@SBS(4.12×10^(-3) S·m^(-1))is two orders of magnitude higher than that of 1%-CNT/TPU(3.17×10^(-5) S·m^(-1))at the same CNT loading of 1 wt.%.Due to double percolated structure,the 1%-CNT/TPU@SBS sensor exhibits a wide strain detection range(0.2%-100%)and an ultra-high sensitivity(maximum gauge factor(GF)is 32411 at 100%strain).Besides,the 1%-CNT/TPU@SBS sensor shows a high linearity(R^(2)=0.97)at 0%-20%strain,relatively fast response time(214 ms),and stability(500 loading/unloading cycles).The designed sensor can efficiently monitor physiological signals and movements and identify load distribution after being woven into a sensor array,showing broad application prospects in wearable electronics.

关键词： double percolated structure strain sensor fiber carbon nanotube nanocomposite

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