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  鄭州大學(xué)申長雨院士和劉春太教授團(tuán)隊(duì)近日在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上發(fā)表了題為“Highly Compressible and Robust Polyimide/Carbon Nanotube Composite Aerogel for High-Performance Wearable Pressure Sensor”的研究論文。論文的第一作者為鄭州大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心2018級碩士研究生陳曉玉，鄭州大學(xué)劉虎副教授為本文的通訊作者。

  聚酰亞胺（PI）是一種綜合性能十分優(yōu)良的工程塑料，具有耐高溫、耐低溫、耐磨損，耐腐蝕，耐輻射，機(jī)械性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是一種制備高性能可穿戴壓力傳感器的優(yōu)良基體。因此申長雨院士和劉春太教授團(tuán)隊(duì)選用水溶性PI前驅(qū)體（PAA），采用溶液共混-冷凍干燥-熱酰胺化工藝制備出了一種質(zhì)輕、高彈性、高孔隙率、耐高溫的PI/CNT導(dǎo)電復(fù)合氣凝膠。該氣凝膠作為壓力傳感器具有寬的傳感范圍（80%應(yīng)變，61 kPa）、超高的靈敏度（11.28 kPa^-1）、超低的探測限（0.1%應(yīng)變，< 10 Pa）、快速響應(yīng)時間（50 ms）和恢復(fù)時間（70 ms）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（1000個循環(huán)）。同時對于不同類型的變形（壓縮、變形和彎曲）均表現(xiàn)出穩(wěn)定的響應(yīng)性能。最后，基于PI優(yōu)異的耐高溫特性，傳感器在經(jīng)過系列不同的高溫退火處理后仍能表現(xiàn)出穩(wěn)定的傳感響應(yīng)性能。

圖1 （A）PI/CNT復(fù)合氣凝膠制備過程工藝示意圖；（B）PI/CNT氣凝膠的SEM圖。

圖2  PI/CNT氣凝膠的（A）FT-IR，（B）XPS和（C）Raman光譜；(D-E) PI/CNT氣凝膠壓縮性能研究。

圖3（A-C）PI/CNT氣凝膠壓敏響應(yīng)性能；PI/CNT復(fù)合材料氣凝膠的（D）彎曲和（E）扭轉(zhuǎn)響應(yīng)性能；（F）不同高溫處理后PI/CNT氣凝膠的循環(huán)壓敏響應(yīng)性能。

圖4 （A-C）PI/CNT氣凝膠對人體生理/運(yùn)動信號的監(jiān)測；（D-F）PI/CNT氣凝膠在柔性電子皮膚中的應(yīng)用研究。

  PI/CNT氣凝膠優(yōu)異的可壓縮性和穩(wěn)定的電性能賦予穩(wěn)定的傳感性能，能夠有效檢測各種人體生理和運(yùn)動信號(包括氣流、脈搏和人體運(yùn)動)，并能夠用于制備柔性電子皮膚，精確檢測不同位置的應(yīng)力分布。該研究對制備高性能壓力傳感器具有重要的指導(dǎo)意義。

  該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (51803191, 11572290, 11432003)；中國博士后科學(xué)基金（2018M642782）；河南省博士后研究基金（001801007）；“111”引智計(jì)劃（D18023）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFB0101602）的資助。

  文章連接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b14688