传感器
传感器在设计智能电子设备中发挥着至关重要的作用，在过去十年中，传感器在可穿戴设备、物联网和虚拟现实等众多应用中的需求急剧增加。
在测量任何系统的机械运动或变形时，应变传感器的需求很大。机电应变传感器有多种类型的读出机制，例如电容、电感和压阻。尽管引入了基于机电电容和电感的应变传感器，但对振动的响应、复杂的集成电路以及安装传感器的要求限制了它们的商业用途。为此，已经引入了商业上可行的压阻式金属应变计，其应变系数约为2，并且在结构健康监测（SHM）应用中具有很高的功能。
然而，在SHM应用中，桥梁结构容易受到不同天气条件的影响，尤其是潮湿。对于此类应用，具有固有防水功能的传感器是最容易识别的。此外，可穿戴设备等新应用需要高规格系数以及灵活性、防水性和稳健性等特性。
基于PVDF/PSS-HEG的应变传感器
近日，RamaprabhuSundara等人在基于PVDF（聚偏二氟乙烯）的柔性压阻式应变传感器中加入了聚苯乙烯磺酸钠盐（PSS）聚合物功能化的HEG（氢剥离石墨烯）。基于PVDF/PSS-HEG的应变传感器的电导率为0.3S/cm，比基于PVDF/HEG的应变传感器高两个数量级。此外，在渗流区域附近，PVDF/PSS-HEG的最大应变系数为10，大约是基于PVDF/HEG的柔性应变传感器的两倍，是市售金属应变计的5倍。规范因子的提高是由于PSS-HEG在PVDF基体中的稳定分散以及由带负电的磺酸盐官能团粘附在HEG上引起的电子共轭。
研究人员对所开发的防水柔性应变传感器使用便携式无线接口设备进行了演示，适用于各种应用。这项工作表明，基于防水柔性PVDF/PSS-HEG的应变传感器可以成为市售金属应变计的潜在替代品。
*对所开发的防水柔性应变传感器使用便携式无线接口设备进行演示
PVDF聚合物
在过去，研究人员探索了不同的聚合物基质和导电纳米填料，例如聚偏二氟乙烯（PVDF），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚二甲基硅氧烷（PDMS）,环氧树脂，聚乙烯醇（PVA），聚苯胺（PANI）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。在各种聚合物中，PVDF是一种固有的压电材料，具有良好的机械强度和疏水性。同样，研究人员正在探索新的纳米材料，如碳纳米管（CNT），石墨烯，和硅纳米线（SiNW）。由于示例性的电学、机械学和热学特性，石墨烯可用作开发柔性应变传感器的导电纳米填料。在基于PVDF的聚合物纳米复合材料压阻式应变传感器中，详细探讨了具有CNT的PVDF，而基于石墨烯的应变传感器的PVDF的探测较少，也不全面。
*PVDF管材
基于聚合物纳米复合材料的柔性应变传感器的性能取决于许多参数，例如纳米填料在聚合物基质中的分散性、电导率和体积分数。其中，纳米填料的分散度是一个关键参数，它影响着其余的参数，实现纳米填料在聚合物基体中的稳定分散是一项具有挑战性的任务。由于石墨烯片的高表面能和π-π相互作用，容易在聚合物基体中团聚，阻碍导电网络的形成，从而影响聚合物纳米复合材料导电性的增强。
聚合物功能化
用酸（共价）或聚合物（非共价）对石墨烯进行功能化可防止石墨烯片的重新堆叠，从而防止聚合物基质中的团聚，虽然常规的酸功能化可以防止团聚，但酸会破坏石墨烯片的π-π共轭并导致结构缺陷，从而影响石墨烯的电学特性，而聚合物功能化可以在不牺牲石墨烯固有导电性的情况下防止团聚。
*原始HEG和PSS-HEG的TEM及SEM图像
在羧酸盐、膦酸盐和磺酸盐等各种阴离子聚电解质中，一种常用的强阴离子聚苯乙烯磺酸钠盐（PSS）用于石墨烯的功能化。PSS功能化碳纳米材料用于增强聚合物太阳能电池的分散性和不同的纳米复合材料，这显示了增强的性能。在此，RamaprabhuSundara团队首次报道了聚合物功能化对柔性压阻式应变传感器性能的影响。
*不同浓度的聚合物纳米复合材料的应力-应变特性(a)PVDF/HEG和(b)PVDF/PSS-HEG
*不同浓度的PVDF/HEG和PVDF/PSS-HEG的电导率
应变测量
在目前的工作中，研究人员开发了一种具有聚合物功能化石墨烯基压阻式应变传感器的防水柔性PVDF。PVDF聚合物用作基础基质，聚苯乙烯磺酸钠盐（PSS）用于纳米填料的功能化。本研究团队在PVDF基质中制备了具有不同重量百分比的PSS-HEG纳米填料的柔性聚合物自支撑薄膜，并测试了应变测量。为了了解PSS功能化的作用，还进行了PVDF聚合物基质中HEG的应变测量。
*在铝试样上制造的应变传感器的压阻测量
与原始HEG相比，PSS功能化HEG（PSS-HEG）显示出更好的分散性，这有助于牢固地形成导电网络，从而提高应变传感器的导电性。结果表明，PVDF/PSS-HEG的电导率比基于PVDF/HEG的柔性应变传感器高两个数量级。因此，PVDF/PSS-HEG的应变系数比基于PVDF/HEG的应变传感器高约2.3倍。
*拉伸循环载荷测试
可穿戴设备应用演示
由于开发的柔性应变传感器可用于结构健康监测和可穿戴设备，这些设备可能会经历不同的天气条件，因此测试传感器的防水功能更为重要。在这方面，本研究团队开发的基于PVDF/PSS-HEG-5%的柔性应变传感器采用银浆电极制造，并用硅胶钝化。研究人员将开发的柔性应变传感器的工作模型在存在水的情况下进行了演示，证实了其良好的防水特性。
*柔性应变传感器的电阻测试及防水测试
这些演示展示了开发的柔性应变传感器的潜力，它可以扩展到各种应用，如生物功能假肢、人体活动监测和医疗保健。
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