靜電紡絲技術在物理傳感器制備方面的研究取得進展

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近日，西安工程大學劉呈坤教授團隊結合其前期工作基礎在ACS Materials Letters上發表綜述，系統地總結了近年來基于靜電紡絲技術制備具有良好性能的物理傳感器的研究進展，并對這一領域未來面臨的挑戰和發展趨勢提出了自己的觀點。

論文從物理效應和轉換原理的角度對物理傳感器進行了分類，同時討論了物理傳感器的關鍵參數如靈敏度、響應時間和循環穩定性，并對各類傳感器的工作原理及具體優缺點進行了比較。重點回顧了基于靜電紡絲技術的各種物理傳感器的最新應用實例，包括壓力、應變、溫濕度及其他類型傳感器。在此基礎上，作者對壓力傳感器中天然生物材料的使用及傳感器在特殊環境中的應用也進行了關注。

制造同時具有大應變范圍和高靈敏度的應變傳感器一直是這一領域的研究重點。作者介紹了基于靜電紡絲技術制備高靈敏度、大應變范圍的應變傳感器的最新進展。通過將靜電紡絲與其他技術相結合，可以使碳材料或金屬納米顆粒等導電材料負載于納米纖維表面，并結合結構設計使制備的物理傳感器在性能上得到提升。

在溫度傳感器中，傳統的基于半導體的熱敏電阻或基于金屬的熱電偶等，具有成型消耗大、柔性小的缺點。而利用靜電紡絲技術制備的溫度傳感器，不僅解決了上述問題，同時能實現對溫度的實時以及非接觸式監測。濕度傳感器中，基于電紡薄膜的電子濕度傳感器比光學和聲學濕度傳感器具有低功耗、高靈敏度、良好的穩定性和優良的響應或恢復時間等優勢。然而相較于壓力和應變傳感器，目前利用靜電紡納米纖維膜制備溫濕度傳感器的研究還相對較少。

該綜述系統回顧了靜電紡絲技術在物理傳感器領域的研究進展，通過協同優化基于靜電紡絲技術的物理傳感器的材料選擇和結構設計來提高傳感性能是當前主要的研究方向。靜電紡納米纖維兼具納米材料和纖維材料的優點，特別是通過細化纖維直徑以及設計特殊結構，可以進一步提升物理傳感器的性能，但在使用它制造物理傳感器方面也存在一些挑戰。基于靜電紡絲技術制備穩定耐用的物理傳感器仍然存在諸多困難，亟待研究人員進一步深入探討，以求其更廣泛的應用。

西安工程大學研究生曹涵琳為文章第一作者，劉呈坤教授為通訊作者。

不同類型的物理傳感器及其應用。

壓電、壓阻、電容和摩擦電傳感器的優缺點比較。（圖片均由西安工程大學提供。）