應(yīng)變傳感器是一種新型的柔性電子器件，廣泛用于人體運(yùn)動檢測、健康監(jiān)測、語音識別以及電子皮膚的構(gòu)建。范德華力搭接的碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因具有較高的應(yīng)變檢測范圍以及在應(yīng)變檢測中具有高穩(wěn)定性與可靠性，常用于應(yīng)變傳感器的構(gòu)建。然而，無序碳納米管網(wǎng)絡(luò)在拉伸時會首先發(fā)生碳納米管朝應(yīng)變方向轉(zhuǎn)動，這一過程會對因滑移產(chǎn)生的碳納米管搭接點(diǎn)數(shù)目減少而產(chǎn)生補(bǔ)償作用，因此其應(yīng)變傳感的靈敏度一般不夠理想（靈敏系數(shù)0.5以下），因此在需要高靈敏度的應(yīng)變檢測中受到許多限制。針對這一問題，國家納米科學(xué)中心的研究人員采用垂直搭接的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，并通過石墨烯的原位復(fù)合有效提高兩層陣列之間的應(yīng)力傳遞，從而在兩個取向方向獲得靈敏度更高的應(yīng)變響應(yīng)。
在制備這種碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜的過程中，研究人員把兩層通過機(jī)械拉絲法獲得的高度取向碳納米管陣列以相互垂直的方向依次轉(zhuǎn)移到銅箔表面，作為石墨烯生長的模板，經(jīng)過化學(xué)氣相沉積過程，最終獲得彼此緊密連接的碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜。研究人員結(jié)合形貌表征與有限元分析計算發(fā)現(xiàn)，石墨烯的復(fù)合有效提高了兩層碳納米管陣列之間的應(yīng)力傳遞效率，進(jìn)而增強(qiáng)了整個體系的力學(xué)穩(wěn)定性，同時防止循環(huán)拉伸下碳納米管的彎曲變形。基于這種垂直取向碳納米管-石墨烯復(fù)合薄膜的應(yīng)變傳感器在兩個取向方向都有著較高的應(yīng)變-電阻響應(yīng)，靈敏系數(shù)分別達(dá)到了2.38和2.98，相對于傳統(tǒng)碳納米管薄膜有了顯著的提高。與此同時，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)保留了碳納米管薄膜較高的可拉伸性（20%以上）。因此，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)既可以對小應(yīng)變（如聲音）進(jìn)行靈敏的檢測，又可以對大應(yīng)變（如人體關(guān)節(jié)運(yùn)動）進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄。此外，研究人員基于這種復(fù)合薄膜，制備了多通道的器件陣列，可以對平面內(nèi)壓力的分布進(jìn)行讀取。因此，這種復(fù)合薄膜在可穿戴器件與電子皮膚方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
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