近日,江南大学王强教授课题组制备了一种柔韧、反应灵敏、高拉伸性和高透气性的聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/多壁碳纳米管(PEDOT/MWCNT)热电织物,可用于消防服绝缘层破损(温度)和消防员移动异常(应变)的双参数协同感应。
研究人员基于PEDOT和MWCNT出色的塞贝克效应,将PEDOT/MWCNT@PLF组装成自供电温度传感器,并在室温下进行了温度灵敏度测试。结果表明,即使经过1000次弯曲,该热电织物的电导率和塞贝克系数也仅有轻微下降,具有良好的可重复性和稳定性。基于灵敏、稳定的温度识别和连续自供电性能,当玻璃棒和手指接触该温度传感器时,分别出现了微弱的负信号和较强的正信号,温度传感器的响应时间仅为0.60 s。
PEDOT/MWCNT@PLF传感器不仅对温度敏感,而且具有良好的机械性能和拉伸性,每个织物样品都能完成超过320%的应变,完全适合用于人体关节健康监测的智能可穿戴设备。而且,该应变传感器对于不同的手指弯曲角度(30°、45°、60°和90°)也会响应正相关的电信号,因此利用集成在手腕上的应变传感器可以分辨手腕弯曲的幅度。
PEDOT/MWCNT@PLF具有灵敏的温度识别能力、良好的机械性能和拉伸性,因此被开发成一种自供电双参数传感器,具有健康异常和温度阈值警报功能。双模式传感器被集成到手腕、手指、膝盖和脚踝等身体关节处,以实时检测使用者的运动;集成到舒适层和隔热层之间,可以监测消防服的破损情况。一旦消防员在事故现场被困或受伤,或消防服隔热层的温度达到临界值,双参数传感将实时提醒消防员健康异常,并提醒基地工作人员及时实施救援,保护消防员的人身安全。
根据该传感器相对电阻可重复和有规律的变化,可以区分手腕、手指和脚踝的信号。如果信号相对较小,则说明消防员处于危险之中,需要立即得到支持和帮助。另一方面,当智能手套靠近火焰时,PEDOT/MWCNT@PLF的两端形成了体温与火焰温度之间的温差,因此该传感器可以快速响应热电压信号,离开高温环境后,热电压信号消失。当输出的热电压超过阈值时,提醒消防服已损坏,必须及时更换或降温,确保人身安全。
相关研究成果以“Highly stretchable, sensitive, and multifunctional thermoelectric fabric for synergistic sensing systems of human signal monitoring”为题发表在Advanced Fiber Materials上。