随着可穿戴电子设备需求的不断增长，具有宽广测量范围和高灵敏度的柔性应变传感器已成为近年来研究的重点。然而，碳材料/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料的性能往往受到碳材料分散性差以及导电碳网络与PDMS网络之间兼容性有限的限制。本文，山东大学龙腾 助理研究员、周传健 教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Reduced graphene oxide aerogel/polydimethylsiloxane biphasic composite with “button – like” interpenetrating dual – network structure for ultra – high and ultra – broad tunable sensitivity strain sensor”的论文，研究提出了一种基于还原石墨烯氧化物气凝胶（rGA）与PDMS组成的双相复合材料的制造工艺及配方，用于制备具有超高端可调灵敏度和超宽测量范围的应变传感器。
创新之处在于制备了基于冰和气泡模板的还原石墨烯氧化物气凝胶（IBrGA），其孔径范围为50–1200 μm，在极低填充量（~0.492 wt%）下实现了优异的导电性（~8.9016 S/m）。此外，通过用硅烷偶联剂KH-151改性导电相IBrGA，以及用乙烯基终止甲基硅树脂（VMQ）和高粘度乙烯基终止聚二甲基硅氧烷（VtPDMS2000）改性绝缘相PDMS，形成了“按钮状”互穿双网络结构。这种互穿双网络结构使基于双相复合材料（K5@IBrGA/PDMS）的柔性可穿戴应变传感器能够实现超高的灵敏度（GF 最高可达 ~1792.78），同时不会显著牺牲传感范围。通过调整VtPDMS500与VtPDMS2000的质量比，可精细调节传感器的灵敏度，GF范围可从3.29至1792.78。该传感器可检测小至0.1%的应变，并展现出优异的阻抗响应稳定性。这种卓越性能使其成为适用于不同灵敏度要求的柔性应变传感器理想候选方案，例如可穿戴设备、机器人及医疗监测等应用领域。
综上所述，我们基于IBrGA和PDMS组成的双相复合材料，开发了一种超高压和超宽可调灵敏度应变传感器。该双相复合材料通过利用冰和气泡模板制备的大孔径（50–1200 μm）还原石墨烯氧化物气凝胶，实现了优异的导电性（~8.9016 S/m）和极低的填充物含量（~0.492 wt%）。此外，通过用硅烷偶联剂KH-151改性导电相IBrGA，以及用乙烯基终止甲基硅树脂（VMQ）和高粘度乙烯基终止聚二甲基硅氧烷（VtPDMS2000）改性绝缘相PDMS，形成了“按钮状”互穿双网络结构。这种互穿双网络结构使传感器能够实现超高的可调灵敏度（3.29 < GF < 1792.78），同时不会显著牺牲传感范围，其应变检测限低至0.1%，并具有优异的循环稳定性。该传感器可检测人体运动（如咳嗽、吞咽、手指弯曲）及复杂机械运动。此外，它可作为高灵敏度要求下的可穿戴心率监测器用于健康监测。该传感器在不同灵敏度要求的应用中具有巨大潜力，例如实时人体运动监测、智能机器人、个人健康、临床诊断以及下一代可穿戴电子皮肤。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166624
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