成果简介
由于碳纳米管（CNT）和石墨烯（G）具有良好的电气和机械性能，它们在电子皮肤（E-skins）的应用中引起了越来越多的关注。本文，上海大学袁光杰 副教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Low-Power-Consumption Electronic Skins Based on Carbon Nanotube/Graphene Hybrid Films for Human–Machine Interactions and Wearable Devices”的论文，研究以电阻率为4.98×10-4Ω-m的CNT/G混合薄膜为基础，制备了两种低功耗的电子皮肤，并成功实现了对拉伸、弯曲、温度和压力等多种信号的感知。在G质量分数为20%的情况下，拉伸/弯曲/温度敏感的电子皮肤在应变范围为0至10%时具有1429的超高规整系数（GF），在弯曲角度范围为0至90°时具有0.92rad-1的GF，以及1。1 × 10-3 °C-1，温度范围为25至85 °C；压敏电子皮肤的GF为7.45 kPa-1，压力范围为15至10,015 Pa。此外，我们将制备的电子皮肤应用于人机互动和可穿戴设备，并确认其在可穿戴应用中的功耗低于74.20 nW。
图文导读
图1.碳纳米管/G杂化膜和电子皮肤的制备工艺
图2. (a, b) 以PET为基底的拉伸/弯曲/温度敏感的电子皮肤的光学图像；(c) G含量为20%的CNT/G混合薄膜的横截面FE-SEM图像；(d) 不同G含量的电子皮肤的ε和ΔR/R0之间的关系；(e) 从(d)中得到的GF值和最大ε值与G含量的关系；(f)不同G含量的E-皮肤的θ与ΔR/R0的关系；(g)从(f)中得到的GF值与G含量的关系。
图3. 在拉伸-释放过程中，G含量为20%的拉伸/弯曲/温度敏感的电子皮肤的性能测试
图4. G含量为20%的拉伸/弯曲/温度敏感的电子皮肤在弯曲-非弯曲过程中的性能测试。
图5. 在加热-冷却过程中，相对湿度为25%的情况下，G含量为20%的拉伸/弯曲/温度敏感的电子皮肤的性能测试
图6.拉伸/屈曲/温度敏感和压敏电子皮肤在人机交互领域的应用
图7.拉伸/弯曲/温度敏感和压敏电子皮肤在可穿戴设备领域的应用
小结
本研究基于CNT/G杂化薄膜，制备了两种低功耗的E型皮肤，包括拉伸/弯曲/温度敏感型和压敏型E型皮肤。制备的E-skins成功实现了对拉伸、弯曲、压力、温度等多种信号的感知。最后，作者成功地将制备的E-skin应用于人机交互和可穿戴设备领域，证实了E-skin的低功耗，这与CNT/G混合薄膜的低电阻率有关。然而，制备的拉伸/屈曲/温敏E-skin具有相对较小的ε范围，这可能会限制其在某些需要大ε的领域的应用，未来需要进一步改进。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c02024
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