上海工程技术大学王锦成课题组：主客体树枝状大分子自组装构建柔性传感器

柔性导电聚合物复合材料在可穿戴电子设备中具有广阔的应用前景。然而，现有柔性传感器较弱的导电网络键合作用较弱，在变形过程中往往会发生不可逆的变化，这使传感器性能不稳定并限制了其在实际生活中的应用。因此，有必要设计一种策略来提升导电聚合物复合材料内部各组分之间的相互作用，以推动柔性传感器的大规模使用。

图1 主客体树枝状大分子构建三维碳纤维/碳纳米管网络原理示意图

上海工程技术大学王锦成课题组研究生路遥创造性地使用主客体树枝状大分子自组装方法制备了一种基于碳纤维和碳纳米管的三维互连网络结构。以硅橡胶为填充基体制备出灵敏稳定的柔性传感器。该传感器在低应变下的人体运动行为检测中显示出高应变敏感性和出色的稳定性。此外，该柔性传感器还具有可调节的高电导率，热导率和出色的机械性能，使其在人体运动监测中领域具有巨大的应用潜力。这一工作已发表在复合材料领域顶刊“Composites Science and Technology”。

图2 碳纤维/碳纳米管网络对硅橡胶复合材料导热性能的提升

如图2所示，纯硅橡胶材料的热导率极低，而随着CNT和CF的引入，SR复合材料的导热能力得到了改善，但提升并不明显。作为对比，通过主客体PAMAM树枝状大分子构建的硅橡胶/碳纤维/碳纳米管复合材料的热导率得到显著提高。在极低的碳纤维/碳纳米管负载率(4.62 wt.%和1.13 wt.%)条件下，复合材料的导热系数达到1.898 W m-1 k-1，相比纯硅橡胶提高了1030%。

图3 复合材料应变传感测试

硅橡胶/碳纤维/碳纳米管复合材料在人体运动传感测试中表现出优异的稳定性和灵敏性。对敲击、按压、手指弯曲等人体动作均能进行稳定监测。因此，具有可调电导率的硅橡胶/碳纤维/碳纳米管复合材料在人体运动监测领域具有很好的应用前景。

文献信息：

Lu Y, Wang, J C, Wang L, Zhao D Q, Song, S Q. Construction of 3D carbon fiber/carbon nanotube/silicone rubber nanocomposites for stretchable conductors through interface host-guest dendrimers. Composites Science and Technology, 2021, 205.

来源：高分子科学前沿