Thin and Flexible Carbon Nanotube-Based Pressure Sensors with Ultrawide Sensing Range

key: 製備PEI的CNT

使用電泳沉積(electrophoretic deposition, EPD)來製造薄的柔性的，輕量的碳納米管紡織壓力感測器.壓力感測器可以使用大量的天然或合成纖維製作，壓阻感測器可以對小於10KPa的觸覺範圍，約為500kPa的身體重量範圍進行感知，並且可以感知非常高的壓力（~40MPa）(These piezoresistive sensors are
sensitive to pressures ranging from the tactile range (<10 kPa), the body
weight range (∼500 kPa), and very high pressures (∼40 MPa).) EPD技術可以在非導電纖維上製造出均勻的碳納米管納米複合塗層，該碳納米管使用聚乙烯亞胺功能化，沉積厚度在250-750nm之間。
通過使用EPD技術將非紡織的芳香纖維覆蓋到基極上，然後再纖維上形成一層薄膜，形成導電網路。

導電納米複合塗層與纖維表面緊密結合，顯示出壓阻電/機械耦合效應。
壓力感測器的平面內的電導率隨平面外的施加壓力有較大變化。

面內導電率的變化是由於纖維/纖維接觸和纖維之間形成的海綿狀的壓阻複合納米材料介面(interphase).
the formation of a sponge-like piezoresistive nanocomposite
“interphase” between the fibers？
複合碳納米材料介面的彈性使得可以不發生永久形變的情況下感知很高的壓力，可以重複使用 。

壓力感測器的機理已擴充套件到capacitive
sensing[8−11] 電容， piezoelectric sensing[2,12,13] 壓電 triboelectric sensing[2,14]摩擦電 and piezoresistive sensing[15,16]壓阻

壓阻式壓力感測器的電阻隨壓力的變化而變化。通常使用的壓阻感測器基於導電的彈性複合材料，並且由於low cost, stretchability, flexibility, and ease of fabrication(易於製造)，而流行，

經常新增在彈性物體中的導電材料包括：carbon black炭黑，metal powders,金屬粉末,carbon fiber碳纖維, and carbon nanotubes碳納米管.但是這些壓力感測器不穩定，不能感知大的壓力。感測器的效能受彈性體的機械效能限制，由於彈性體的粘彈性原因，感測器的相應很慢並且延時。新增到彈性體內的導電材料也會隨著聚合物粘度增加而受限。

使用各種各樣的活性元素來製造壓力感測器， 包括：ultrathin gold wires,17 ZnO nanowires,18,19 silver nanowires,11,20,21 organic field effect
transistors,1 graphene,22 gold nanoparticles,23 silver nanoparticles,
9,24 liquid based active materials,25,26 and carbon nanotubes.10,27−29。
最近，一些新興的微觀結構逐漸被使用，比如microcrack-designed carbon black polyurethane
(PU) foam,30 micropyramid arrays,31 microstructured rubber dielectric layers,8 hollow-sphere microstructures produced from polypyrrole hydrogel,16 interlocking arrays of platinumcoated polymeric nanofibers,32 fractured microstructure design of graphene-PU foam,15 laser scribed graphene films patterned as v-shaped gratings33 and reverse-micelle-induced porous rubber[34],但是這種材料大規模製造受限，由於 複雜，不能批量化生產，使用昂貴的材料，比如金和銀壓力感知範圍較小。因此，存在一種迫切需求，成本效益好，壓力感測材料可大面積覆蓋，感知壓力範圍較大。

multi-walled carbon nanotubes[35,36]好的性質：低沉本，彎曲角度大而不產生機械損傷，可承受重複彎曲

reversible, periodic buckling[37-39]:碳納米管的可你的週期性屈曲。

聚乙烯亞胺 :（Polyethyleneimine，PEI）https://baike.baidu.com/item/%E8%81%9A%E4%B9%99%E7%83%AF%E4%BA%9A%E8%83%BA
又稱聚氮雜環丙烷，是一種水溶性高分子聚合物。無色或淡黃色黏稠狀液體，有吸溼性，溶於水、乙醇，不溶於苯， 可用於沉積。

製造：
採用高效可擴充套件的電泳沉積(EPD)方法，沉積多壁碳納米管，分散在水溶液中，兩端加電場，室溫。

過程基於碳納米管在電場下的移動，其中，碳納米管的表面使用dendritic
polyelectrolyte polyethyleneimine 樹狀的聚電解質聚乙烯亞胺 (PEI)功能化。

使CNT表面攜帶正電子，可以沉積到陰極上，
將非導電纖維與金屬電極直接接觸，可以使碳納米管在直流電場下沉積，並在纖維表面形成均勻緻密的碳納米管薄膜[40],

碳納米管首先沉積在電極上，然後再纖維層上生長

figure 1a, 展示了生產示意圖。

[40]:An, Q.; Rider, A. N.; Thostenson, E. T. Electrophoretic Deposition of Carbon Nanotubes onto Carbon-Fiber Fabric for Production of Carbon/epoxy Composites with Improved Mechanical Properties. Carbon 2012, 50, 4130−4143