碳纳米管（CNTs）和银纳米线（AgNWs）是压阻式柔性压力传感器的首选，因为它们解决了将高导电性与机械顺应性相结合的工程难题。它们独特的物理结构使其能够在柔性基材中形成高效的导电网络，确保传感器在提供精确数据的同时保持柔韧性。通过即使是微小的物理形变也能引起显著的电阻变化，这些填料提供了卓越的灵敏度，而不会损害材料的柔韧性。
核心优势：这些纳米材料利用高长径比来创建强大的内部网络，在轻微压力下会断开或重新连接。这种机制将物理应变转化为高灵敏度和信号可靠性的可读电信号。
卓越传感的力学原理
高长径比的力量
选择这些材料而非其他材料的主要原因是它们的高长径比（长度与宽度的关系）。这种几何形状对于用更少的实际填料在传感器材料的更大体积内建立连接至关重要。
形成高效的导电网络
由于其细长结构，碳纳米管和银纳米线有助于在聚合物基体中形成高效的导电网络。这种“网状”内部结构对于允许电子流过绝缘的柔性基材至关重要。
实现高灵敏度
这些网络的效率带来了卓越的性能成果。参考资料指出，这些填料能够实现由微小形变触发的显著电阻变化。这意味着传感器可以检测到其他填料可能忽略的非常轻微的压力或运动。
平衡柔韧性与耐用性
保持机械柔韧性
柔性电子领域的一个主要挑战是在增加导电性的同时不使材料变脆。碳纳米管和银纳米线允许传感器保持其整体机械柔韧性。它们融入基材，而不会使其硬化到失效的程度。
确保信号稳健性
除了柔韧性，信号本身也必须保持稳定。这些填料提供了信号稳健性，确保即使在传感器经历制造过程和后续使用过程中，电反馈也保持一致和可靠。
关键考虑因素和权衡
对制造精度的依赖
虽然这些填料提供了卓越的性能，但主要参考资料强调，它们的功效在很大程度上与制造过程相关。必须精确控制导电网络的形成，以确保高长径比转化为实际的导电性。
灵敏度与形变
该机制依赖于由形变引起的电阻变化。该系统设计用于响应微小形变，这对于灵敏度来说是一个优势，但也意味着传感器对即使是意外的物理操作也高度敏感。
为您的传感器设计做出正确选择
为了最大化碳纳米管或银纳米管在您应用中的有效性，请考虑您的具体性能目标：
- 如果您的主要关注点是高灵敏度：利用这些填料确保即使是微小形变也能触发可读的电阻变化。
- 如果您的主要关注点是机械耐用性：依靠这些材料的高长径比来保持机械柔韧性，同时保留强大的导电网络。
这些纳米材料为需要兼顾电气精度和物理柔韧性且不妥协的工程师提供了最终解决方案。
总结表：
| 特性 | 碳纳米管（CNTs）/银纳米线（AgNWs） | 传统导电填料 |
|---|---|---|
| 长径比 | 极高（长而细） | 低至中等 |
| 连接性 | 形成高效的网状网络 | 需要高填充量 |
| 灵敏度 | 可检测微小的物理形变 | 对轻微应变灵敏度较低 |
| 柔韧性 | 保持基材的柔韧性 | 可能导致材料变脆 |
| 信号质量 | 稳健且一致的电反馈 | 在应力下容易产生信号噪声 |
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参考文献
- Ting Xu, Jian Fang. Research progress of the plantar pressure monitoring system for gait analysis. DOI: 10.1360/tb-2023-0591
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
