使用透光率的可穿戴應變傳感器有助于更好地測量物理信號

KAIST的研究人員基于調制碳納米管(CNT)嵌入的彈性體的透光率，開發了一種新型可穿戴應變傳感器。該傳感器能夠對物理信號進行靈敏，穩定和連續的測量。該技術在3月4日出版的ACS Applied Materials&Interfaces上作為封面文章進行了介紹，它顯示出了潛在的潛力，可用于檢測人體的細微運動并實時監控醫療保健應用中的身體姿勢。

可穿戴式應變傳感器必須具有高靈敏度，柔韌性和可拉伸性，并且成本要低。特別是用于健康監測的那些，也應與長期穩定的性能聯系在一起，并在環境上穩定。為了滿足所有這些要求，已經開發了各種基于壓阻和電容原理的可拉伸應變傳感器。

使用功能性納米材料的常規壓阻應變傳感器，包括最常見的示例是CNT，已顯示出高靈敏度和出色的傳感性能。但是，它們的長期穩定性和線性度很差，而且信號遲滯也很大。作為替代方案，已經提出了具有更好的穩定性，更低的磁滯和更高的可拉伸性的壓電電容式應變傳感器。但是由于壓電電容應變傳感器表現出有限的靈敏度和由周圍環境中的導電物體引起的強電磁干擾這一事實，這些傳統的可拉伸應變傳感器仍然面臨尚未解決的局限性。

由機械工程學系Inkyu Park教授領導的KAIST研究小組建議，光學類型的可拉伸應變傳感器具有較高的穩定性，因此可以解決傳統壓阻和壓電容應變傳感器的局限性，是一個不錯的選擇。并且受環境干擾的影響較小。然后，該團隊根據嵌入CNT的彈性體的透光率變化引入了光學可穿戴應變傳感器，進一步解決了傳統光學可拉伸應變傳感器的低靈敏度問題。

為了實現傳感器的大動態范圍，Park教授和他的研究人員選擇了Ecoflex作為具有良好機械耐久性，柔韌性和在人體皮膚上的附著性的彈性體基底，該研究小組開發的新型光學可穿戴應變傳感器實際上表明0到400%的寬動態范圍。

此外，研究人員在拉伸應力下，將微裂紋在嵌入Ecoflex基板的多壁CNT薄膜內傳播，從而改變了薄膜的透光率。通過這樣做，他們可以開發出靈敏度比傳統的光學可拉伸應變傳感器高十倍的可穿戴應變傳感器。