10月2日消息,Microsystems & Nanoengineering刊发的一项研究报道了基于聚丙烯腈(PAN)纤维毡的柔性传感器,可在高温环境下同时监测温度与压力。研究团队通过受控热处理或激光处理调控PAN的电学性质,使其具备传感功能。

材料设计:团队以丙烯腈为原料纺制PAN纤维毡,加入丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸甲酯改善前驱体可纺性,纺丝后经水洗、拉伸、干燥,再进行受控热处理,考察了600至1100℃的处理温度影响。

关键数据:热处理显著改变导电性——低温处理时PAN仍为绝缘体,电阻率在600-1000℃区间大幅下降;1100℃时纤维结构严重受损并出现氧化挥发。700℃处理的样品表现最佳:在0-480kPa压力范围内灵敏度最高,达到0.78kPa⁻¹(其相对疏松的纤维结构在受压时形成更多导电接触点),室温480kPa载荷下最大输出电流59.3μA;力学上,25N载荷下未处理PAN变形约0.4mm,1000℃处理样品约0.7mm,处理温度越高弹性模量越低。

机制与器件:电学转变源于环化、脱氢、脱氮与芳构化等热驱动反应,PAN先转化为梯形聚合物再形成扩展的sp²碳网络(Raman光谱佐证)。器件采用耐温聚酰亚胺柔性基底、微加工叉指电极与高温陶瓷胶粘接。

应用前景:多数柔性压力传感器仅限室温工作,温漂与机械载荷会干扰测量。该工作面向高温工况下的电子皮肤、可穿戴系统、工业监测与机器人平台,为恶劣环境下的多参数传感提供了低成本材料方案。 (来源:AZoM)