聚氨酯-碳纳米管@碲化铋复合气凝胶的制备及传感性能OA
Polyurethane-carbon Nanotubes@Bismuth Telluride Hybrid Aerogel:Preparation and Sensing Properties
随着仿生人形机器人等智能装备的快速发展,具有仿人手指触感功能的柔性触觉传感器技术受到广泛关注.然而,现有多模态柔性触觉传感器所用敏感材料缺乏选择性响应能力,导致其所输出信号易产生相互交叉干扰的现象,难以满足系统轻量化、集成化的发展需求.基于此,本研究设计并制备了一种新型聚氨酯-碳纳米管@碲化铋(WPU-CNT@Bi2Te3)复合气凝胶敏感材料,通过组分比例优化,其最大压缩应变可达 60%、压缩强度为 9.4 kPa.CNT 的压阻效应可实现对机械压力刺激的响应,而 Bi2Te3 的热电效应则能够快速响应外界温度的变化.基于这两种独立感知机制,本研究构建的柔性触觉传感器实现了对压力与温度的高灵敏感知(压力灵敏度系数(GF)为-1.28 kPa-1,温度响应灵敏度为 1.2 K-1,最小感知温差为 0.4 K),具有快速(压阻响应时间为 0.14 s、恢复时间为0.18 s,温度响应时间最快为 0.28 s)、高稳定(1300 次热循环输出值不衰减)且互不干扰的响应能力,并赋予了所集成机械手对物体软硬及温度等性质的感知功能.
With the rapid development of intelligent equipment such as bionic humanoid robots,flexible tactile sensors have attracted increasing attention for their bionic haptic behaviors similar to human fingers.However,the existing sensing materials used for assembling multimodal flexible tactile sensors still lack the high-selective response capabilities,resulting in the cross-interference phenomenon of various output signals,which is difficult to meet the lightweight and integrated requirements of microsystems.In this study,a new-style polyurethane-carbon nanotubes@bismuth telluride(WPU-CNT@Bi2Te3)hybrid aerogel was designed and prepared,which exhibits a maximum compressive strain of 60%and a compressive strength of 9.4 kPa via the optimization of component ratios.Furthermore,according to the independent sensing principles of the piezoresistive effect of CNTs to mechanical pressure stimuli,and the thermoelectric effect of Bi2Te3 to changes in the external temperature,this hybrid aerogel derived flexible tactile sensor achieves high sensitivity(GF value of-1.28 kPa-1,temperature response sensitivity of 1.2 K-1,and minimum response temperature difference of 0.4 K)and rapid response behaviors(response and recovery times of 0.14 and 0.18 s for pressure,optimal response time of 0.28 s for temperature)to temperature and pressure,with high sensing stability(no degradation after 1300 thermal cycles)and non-mutual interference behaviors,endowing the equipped robotic hand with the perception capability to recognize both the hardness and temperature of various objects.
曹颖;彭露;夏双;白菊;张珽;李铁
中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123||中国科学技术大学 纳米科学技术学院,苏州 215100中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123||中国科学技术大学 纳米科学技术学院,苏州 215100中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123||中国科学技术大学 纳米科学技术学院,苏州 215100中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123||中国科学技术大学 纳米科学技术学院,苏州 215100
通用工业技术
气凝胶柔性传感器压阻效应热电效应
aerogelflexible sensorpiezoresistive effectthermoelectric effect
《无机材料学报》 2026 (5)
619-627,中插4-中插6,12
江西省自然科学基金杰出青年基金(20224ACB212001)国家自然科学基金(62471466,62125112)姑苏领军人才项目(ZXL2024378)Jiangxi Provincial Natural Science Foundation of Distinguished Young Scholars Fund Project(20224ACB212001)National Natural Science Foundation of China(62471466,62125112)Gusu Leading Talent Program(ZXL2024378)
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