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柔性碳泡沫压阻式传感器的性能研究OA

Research on properties of the flexible carbon-foam piezoresistive sensor

中文摘要英文摘要

为提升可穿戴式压阻传感器在灵敏度、响应范围等方面的性能,以三聚氰胺泡沫为前驱体,通过低成本、短周期的一步碳化法制备多孔碳泡沫基体,并将其设计成柔性传感器,研究了该传感器的微观结构、力学性能及压阻传感特性.结果表明:轻质、柔性的碳泡沫传感器由碳骨架形成三维开孔网状结构,具备优良的压缩性能,至少可承受80%应变,并呈现出良好的循环稳定性;该传感器可准确分辨外部压力(7.90~190.5 kPa),并迅速响应、恢复;其灵敏度高,经过4 000次循环加载、卸载,电流响应信号仍保持稳定,并可监测手指弯曲等人体活动.这使得柔性碳泡沫传感器在人体健康监测等场景,显示出长期实时生理动作监测与可穿戴设备集成方面的潜在应用价值.

To improve the sensitivity and the response range for wearable piezoresistive sensors,the melamine foams were employed as a precursor to fabricate porous carbon foams via a low-cost,time-efficient one step carbonization strategy,followed by assembling flexible sensors.The microstructure,mechanical properties,and piezoresistive sensing performance of the sensors were systematically evaluated.The results showed that the lightweight and compressible carbon foam sensors exhibited a three-dimensional open-cell network architecture,interconnected by carbon skeleton.They demonstrated exceptional compressive resilience and cyclic stability,bore up to 80%strain while maintaining structural integrity;and they distinguished pressure accurately,var-ying from 7.90 to 190.5 kPa,with rapid response/recovery.The developed sensors also presented superior sensitivity,maintaining stable current response signals under 4 000 consecutive loading-unloading cycles.The findings demonstrated that the flexible carbon-foam sensor has a potential application value in human health monitoring,particularly for long-term real-time monitoring of physiological movements and integration into wearable devices.

王斌;吴谋湖;薛功飞;方程;杨书曼

西安工程大学 材料工程学院,陕西 西安 710048||西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室,陕西 西安 710048西安工程大学 材料工程学院,陕西 西安 710048||西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室,陕西 西安 710048西安工程大学 材料工程学院,陕西 西安 710048||西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室,陕西 西安 710048西安工程大学 材料工程学院,陕西 西安 710048||西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室,陕西 西安 710048西安工程大学 材料工程学院,陕西 西安 710048

通用工业技术

柔性碳泡沫传感压缩可穿戴

flexiblecarbon foamsensingcompressionwearable

《纺织高校基础科学学报》 2026 (2)

21-26,6

功能性纺织材料及制品教育部重点实验室开放课题(2024FTMP024)陕西省科技厅重点研发计划项目(2024NC-YBXM-247)西安工程大学研究生创新基金(chx2025040)

10.13338/j.issn.1006-8341.2026.02.003

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