法厚健
天津科技大学 300222
摘要：随着生产、生活的需要，单一材料已经满足不了一些特殊而复杂的场合的要求，因此由两种或两种以上材料组成的复合材料已经成为满足一些特殊和复杂需求的更经济有效的方法。同时，在加工技术提高的基础上，高性能的复合材料不断发展，已经广泛的应用到了个人用品、汽车、建筑、航空航天等领域。本文介绍了以热塑性聚氨酯（TPU）为基体，多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电粒子，增强相为超临界二氧化碳（Sc-CO2） 间歇发泡，制备的导电复合泡沫材料在柔性传感器的应用前景，并对其面临的挑战与未来的发展进行了展望。
近年来，伴随着国内科学技术的不断进步，人们对身体健康情况以及周围环境的信息化采集关注度越来越高。为了满足这一需求，利用一些具有低模量、易变形特点的复合材料来制备柔性传感器成为了研究的热点。这些新型复合材料因其具有机械柔性，能贴合到各种曲面，使得它的应用场景得以扩展到传统的材料所无法胜任的场合比如： 人机交互 、电子皮肤 、智能检测 、智能化服装等领域。柔性传感器具有使用灵活，适合场所多，成本低，重量轻的优点。柔性传感器的种类很多，其中应用范围最为广最贴近人们生活的还是压力式柔性传感器，通过检测微小的声音震动 、压力等信号转化成数字信号，就能通过有线或无线技术进行转化显示，以此来进行检测并传输到设备。本文简述了 TPU/MWCNTs 的复合发泡材料的构成及制备，以及未来在柔性传感器中的应用前景和面临的问题。
1.复合材料的构成
热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是一种弹性高且易于加工的聚合物材料。与传统橡胶相比，其易于加工且加工方式 多样化，生产时间大量减少，而且对环境的污染小，堪称橡胶领域的工业革命。其微观上由硬段和软段构成。而硬段与软段在其内部的分布及占比不同，TPU 的各项性能也有所变化，热塑性聚氨酯弹性体具备高强度、强减震能力及耐磨性能好等特点。
其中 TPU 内部的两相结构及其含量占比的不同，其硬度范围也分布较宽。TPU 中硬段占比越高就越利于扩大其硬度分布，而当软段含量越高，TPU 的弹性及耐磨性更为显著。作为导电粒子的多壁碳纳米管（MWCNTs）同样是一种强度比较高的纤维性材料。在包含有碳素材料的本性外又有很好的导电/导热性，同时还有一定的耐热/ 耐腐、编制以及轻质易加工等许多优点。也因此，选择它作为导电粒子材料可以预见会带来良好的性能和增强效果。 基于 TPU 和 MWCNTs 的优良的性能，将融化的 TPU 与 MWCNTs 分散液通过高速磁力搅拌进行充分混合，静止一段
时间后通过抽滤和真空干燥等方法获得 TPU/MWCNTs 复合材料。同时为了提高复合材料的弹性、强度、隔音、缓冲减震等性能，利用高压釜设备添加 SC-CO2 制备出导电复合发泡材料。
2.应用前景
由于TPU/MWCNTs 的复合发泡材料具备高弹性，耐磨性能也比较好，这就在某些方面极大的满足了人性化的要求， 展现了在人体可穿戴应变传感器方面有着广阔的应用前景。比如:在鞋垫上装上带有这种复合材料制成的传感器，不仅能很好的贴和人的脚掌同时可能实现对足部运动的实时检测；同时，随着智能化水平的提高，通过在服饰中植入一些柔性传感器，来检测健康信息的情况也会有很大的发展空间。总之，基于 TPU/MWCNTs 的复合材料制成的柔性传感器，在一些特殊场合会有很大的利用发展前景。只不过，其中还有一定的功能性条件需要科研人员们再进一步的提高和完善。
3.面临的问题
本文所叙述的 TPU/MWCNTs 复合材料和发泡后的材料通过实际的检测发现，其虽然具有良好力学稳定性和压阻性能，但是材料的电导率依然比较低，渗滤阈值也较高，这就会大大影响信号检测的精确度。这其中的主要原因就是多壁碳纳米管和热塑性聚氨酯之间的粘合度不高，多壁碳纳米管出现了一定的团聚现象，使得复合材料的导电性能降低。要想获得较高的导电率就需加入较多的导电填料，材料的性能也会因此有所改变。所以，如何在不损耗材料力学性能的前提下实现高导电性是制备高灵敏度阻变传感器的关键问题，即降低材料的电学逾渗阈值以实现低负载下的高导电特性。这一方面面临的问题还是比较严峻的，需要科研人员的大量试验才能进一步的提高，不过近几年研究这方面的人员也越来越多，相信很快这一问题就会被完善。