使用透光率的可穿戴应变传感器有助于更好地测量物理信号

KAIST的研究人员基于调制碳纳米管(CNT)嵌入的弹性体的透光率，开发了一种新型可穿戴应变传感器。该传感器能够对物理信号进行灵敏，稳定和连续的测量。该技术在3月4日出版的ACS Applied Materials&Interfaces上作为封面文章进行了介绍，它显示出了潜在的潜力，可用于检测人体的细微运动并实时监控医疗保健应用中的身体姿势。

可穿戴式应变传感器必须具有高灵敏度，柔韧性和可拉伸性，并且成本要低。特别是用于健康监测的那些，也应与长期稳定的性能联系在一起，并在环境上稳定。为了满足所有这些要求，已经开发了各种基于压阻和电容原理的可拉伸应变传感器。

使用功能性纳米材料的常规压阻应变传感器，包括最常见的示例是CNT，已显示出高灵敏度和出色的传感性能。但是，它们的长期稳定性和线性度很差，而且信号迟滞也很大。作为替代方案，已经提出了具有更好的稳定性，更低的磁滞和更高的可拉伸性的压电电容式应变传感器。但是由于压电电容应变传感器表现出有限的灵敏度和由周围环境中的导电物体引起的强电磁干扰这一事实，这些传统的可拉伸应变传感器仍然面临尚未解决的局限性。

由机械工程学系Inkyu Park教授领导的KAIST研究小组建议，光学类型的可拉伸应变传感器具有较高的稳定性，因此可以解决传统压阻和压电容应变传感器的局限性，是一个不错的选择。并且受环境干扰的影响较小。然后，该团队根据嵌入CNT的弹性体的透光率变化引入了光学可穿戴应变传感器，进一步解决了传统光学可拉伸应变传感器的低灵敏度问题。

为了实现传感器的大动态范围，Park教授和他的研究人员选择了Ecoflex作为具有良好机械耐久性，柔韧性和在人体皮肤上的附着性的弹性体基底，该研究小组开发的新型光学可穿戴应变传感器实际上表明0到400%的宽动态范围。

此外，研究人员在拉伸应力下，将微裂纹在嵌入Ecoflex基板的多壁CNT薄膜内传播，从而改变了薄膜的透光率。通过这样做，他们可以开发出灵敏度比传统的光学可拉伸应变传感器高十倍的可穿戴应变传感器。