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  近年來，可穿戴溫度傳感器在醫學診斷、電子皮膚、健康檢測和軟機器人領域備受關注。人體肌肉的收縮帶動柔性基底的運動，容易引起高靈敏度可穿戴傳感器的電阻變化，從而干擾溫度傳感的信號。因此，當材料用于如溫度、濕度傳感器時，小應變下（肌肉的收縮、皮膚的變形等）的輸出電信號應足夠弱，以防止其干擾有價值信號的輸出。目前，在實現材料應變不敏感電阻方面已經取得了許多重大成就。通過設計新型的幾何形狀（如網狀、履帶狀、手風琴狀、蛇形狀等），這些材料可實現特定方向上的應變不敏感的電阻變化。然而，人體肌肉的運動并不是簡單地沿著一個維度方向上的運動，而涉及多個維度。因此，他們聚焦于制備各向同性結構的應變不敏感傳感器，并開發一種可穿戴的高性能溫度傳感器。

  近日，廣西大學徐傳輝課題組設計制備了一種應變下電阻變化不靈敏的高性能羧基丁苯橡膠（XSBR）基可穿戴溫度傳感器。通過膠乳成膜的手段使銀納米片（Ag NFs）和銀納米顆粒（Ag NPs）均勻分散于XSBR基體并構建了具有協同結構的導電通路，賦予柔性導電復合材料應變不靈敏、溫度響應靈敏的特性。在應變小于9%時，復合材料的電阻相對變化僅為0.001；在應變在9-143%之間時，表示不靈敏度的Q值（quality factor）可達9.09。此外，由于體系中Ag NPs的引入，復合材料表現出光熱轉化性能，其轉化效率可達78.6%。

1、溫度響應橡膠復合材料（TRR）的制備

  通過膠乳成膜制備TRR復合材料。在成膜過程中，乳膠粒子的間隙隨著水的蒸發而逐漸收縮，限制了Ag NFs和Ag NPs在空間中的分布（因為它們無法進入乳膠顆粒內部），因此，具有大面積的Ag NFs之間可發生重疊。體系中的醛基改性的羧甲基淀粉鈉可促進Ag NFs和Ag NPs在基體中的均勻分散，并防止高比重納米材料的沉積。Ag NFs和Ag NPs在基體中構建的協同結構由SEM和TEM表征。大表面積的Ag NFs互相堆疊，在小應變下維持導電通路的穩定性。同時，大量的Ag NPs填充在Ag NFs之間，有助于形成更多的導電通路。在較大應變下，盡管重疊的Ag NFs已被完全分離，但Ag NPs仍然可通過滲流網絡或電子隧道在一定程度上維持導電穩定性。

2、TRR復合材料應變不靈敏的特性

圖1. TRR復合材料應變不靈敏的特性

3、TRR復合材料的應用

圖3. TRR復合材料的溫度響應性能及其應用

  圖3為復合材料在可穿戴溫度傳感方面的應用。TRR-30復合材料表現出令人滿意的溫度系數（TCR）和有效的溫度范圍。將其佩戴于人體手臂上以記錄人體溫度變化，此時(R-R₀)/R₀為0。一旦46.3 °C的熱源與手臂皮膚接觸，(R-R₀)/R₀在0.5 s的時間內0迅速下降至-0.12。對于健康管理的應用，隨著傳感器的佩戴，（(R-R₀)/R₀從0（室溫）下降至-0.40（手臂溫度：33.3 °C）。當穿戴者出現“發燒”癥狀（皮膚溫度為35.6°C），其輸出信號降至-0.46。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149329