應(yīng)變傳感器是一種新型的柔性電子器件，廣泛用于人體運動檢測、健康監(jiān)測、語音識別以及電子皮膚的構(gòu)建。范德華力搭接的碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因具有較高的應(yīng)變檢測范圍以及在應(yīng)變檢測中具有高穩(wěn)定性與可靠性，常用于應(yīng)變傳感器的構(gòu)建。然而，無序碳納米管網(wǎng)絡(luò)在拉伸時會首先發(fā)生碳納米管朝應(yīng)變方向轉(zhuǎn)動，這一過程會對因滑移產(chǎn)生的碳納米管搭接點數(shù)目減少而產(chǎn)生補償作用，因此其應(yīng)變傳感的靈敏度一般不夠理想（靈敏系數(shù)0.5以下），因此在需要高靈敏度的應(yīng)變檢測中受到許多限制。針對這一問題，國家納米科學(xué)中心的研究人員采用垂直搭接的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，并通過石墨烯的原位復(fù)合有效提高兩層陣列之間的應(yīng)力傳遞，從而在兩個取向方向獲得靈敏度更高的應(yīng)變響應(yīng)。
在制備這種碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜的過程中，研究人員把兩層通過機械拉絲法獲得的高度取向碳納米管陣列以相互垂直的方向依次轉(zhuǎn)移到銅箔表面，作為石墨烯生長的模板，經(jīng)過化學(xué)氣相沉積過程，最終獲得彼此緊密連接的碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜。研究人員結(jié)合形貌表征與有限元分析計算發(fā)現(xiàn)，石墨烯的復(fù)合有效提高了兩層碳納米管陣列之間的應(yīng)力傳遞效率，進(jìn)而增強了整個體系的力學(xué)穩(wěn)定性，同時防止循環(huán)拉伸下碳納米管的彎曲變形?；谶@種垂直取向碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜的應(yīng)變傳感器在兩個取向方向都有著較高的應(yīng)變-電阻響應(yīng)，靈敏系數(shù)分別達(dá)到了2.38和2.98，相對于傳統(tǒng)碳納米管薄膜有了顯著的提高。與此同時，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)保留了碳納米管薄膜較高的可拉伸性（20%以上）。因此，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)既可以對小應(yīng)變（如聲音）進(jìn)行靈敏的檢測，又可以對大應(yīng)變（如人體關(guān)節(jié)運動）進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄。此外，研究人員基于這種復(fù)合薄膜，制備了多通道的器件陣列，可以對平面內(nèi)壓力的分布進(jìn)行讀取。因此，這種復(fù)合薄膜在可穿戴器件與電子皮膚方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
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