CN115160786A - 柔性可拉伸导电复合材料和应变传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性可拉伸导电复合材料，该复合材料包括聚合物弹性基材和包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料，所述聚合物弹性基材由可闭合的两层组成，两层之间形成一个用于容纳压阻多孔材料的空腔，压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面点状接触粘合并能够完整脱附，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态。采用该复合材料制备的应变传感器可实现在高达2000Hz微动应变频率下的和200Hz拉伸应变频率下的超高力电响应敏感性：应变‑电阻响应系数在60％的拉伸应变范围内可低至0.2或高至56521；超低信号延迟性：延迟反应时间低至0.8ms。
Description
技术领域
本发明涉及传感技术领域，特别涉及一种柔性可拉伸压阻多孔材料-聚合物复合材料、采用该复合材料制备的适用于人体(和动物体)运动监测的应变传感器及其制备方法。
背景技术
随着世界人口老龄化程度的不断加剧和公众对生命健康关注度的不断攀升，社会医疗资源短缺和硬件分布不均等问题进一步彰显，致使开发和利用柔性、可穿戴传感监测系统变的尤为迫切。基于柔性、可拉伸且机械耐用聚合物材料制备的应变传感器因其能提供与柔软的皮肤相匹配的机械模量(范围在22-300kPa)和弹性伸缩水平(如>55％)，高保真的监测信息，受到越来越多的关注。
近年来，在柔性应变传感器领域，研究人员希望获得更加敏感、柔软、能提供实时高频力电响应性能的导电复合材料，以实现对受试者更全面、真实的运动监测应用。常规柔性导电材料制备方法包括采用导电聚合物材料或将导电网络掩埋于聚合物基体材料中，以实现刚性、脆性导电材料的柔性、可拉伸转变，但受聚合物材料本征粘弹性的影响，此类复合材料展现出了明显的力电响应滞后性和较迟缓的反应(恢复)速度。近期，为了减小聚合物粘弹性对传感器电响应性能的影响，一些研究工作已逐渐向研发基于弹性基材与压阻材料的层状复合结构设计转移。此类层状复合材料，虽然显示出了在力电响应速率方面的提升，但仍无法达到使用要求(响应、恢复速度普遍高于15ms，响应频率普遍低于20Hz)，并且在循环拉伸应变下由导电网络与聚合物基材机械应力不匹配而导致的材料界面滑移、剥落、不均匀结构断裂等问题，致使由此类材料制备的应变传感器在使用过程中敏感度下降，甚至失效。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种柔性可拉伸导电合物复合材料、采用该复合材料制备的适用于人体(和动物体)运动监测的应变传感器及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种柔性可拉伸导电复合材料，所述复合材料包括聚合物弹性基材和包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料，所述聚合物弹性基材由可闭合的两层组成，两层之间形成一个用于容纳压阻多孔材料的空腔，压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面点状接触粘合并能够完整脱附，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态。
所述压阻多孔材料被完全包覆置于两层聚合物弹性基材之间。
两层聚合物弹性基材中的至少有一层具有用于容纳压阻多孔材料的凹槽。
所述聚合物弹性基材的与压阻多孔材料接触的表面是经过等离子体处理或者是由带电或可带电的官能团修饰的表面。
所述聚合物弹性基材的与压阻多孔材料接触的表面经毛化处理。
所述聚合物弹性基材选自聚硅氧烷、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、乙丙橡胶、乙丙二烯橡胶、氟弹性体、聚氨酯弹性体和丁腈橡胶中的一种或几种的混合。
所述压阻多孔材料选自碳纳米管气凝胶、石墨烯基气凝胶、多孔石墨烯薄膜、金属泡沫、聚合物泡沫、导电聚合物泡沫、金属纳米纤维气凝胶、金属纳米纤维薄膜中的一种或几种的混合。
所述压阻多孔材料的拉伸模量小于10kPa或密度小于10mg/cm3。
闭合的两层聚合物弹性基材之间形成的空腔体积比初始状态的压阻多孔材料的体积小0.1％-98％。
闭合后聚合物弹性基材的厚度为50μm～1cm。
压阻多孔材料为真空抽滤或冷冻干燥制备而成的三维宏观还原氧化石墨烯薄膜材料MLG，材料厚度为2μm～50μm；聚合物弹性基材为聚二甲基硅氧烷PDMS层，该PDMS层由硅氧烷弹性体基体制备。
一种所述的复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将预成型的压阻多孔材料放置在两层闭合的聚合物弹性基材形成的空腔内，并使压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面实现可完整脱附的点状接触，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态；或
(2)在一层聚合物弹性基材的表面上形成压阻多孔材料，通过第二层聚合物弹性基材将压阻多孔材料完全包覆，并形成压阻多孔材料与聚合物弹性基材间的可完整脱附的点状接触，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态。
在两层聚合物弹性基材中的至少一层加工一用于容纳压阻多孔材料的凹槽。
一种由所述的复合材料制备的应变传感器，包括：两层聚合物弹性基材和包覆于两层聚合物弹性基材内的压阻多孔材料，压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面点状接触粘合并能够完整脱附，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态；聚合物弹性基材两端有经导电电极材料粘接的柔性导线，闭合两层聚合物弹性基材后进行封装，得到压阻多孔材料-聚合物复合材料应变传感器。
所述应变传感器具有如下性能：
(1)机械模量范围为100kPa～350kPa；
(2)实现在2000Hz的应变频率下的力电响应敏感性；
(3)在60％的拉伸应变范围内应变-电阻响应系数为0.2～56521；
(4)具有超低信号延迟性，延迟反应时间低于0.8ms。
一种所述的应变传感器在监测受试者的机械运动中的应用。
制备所需尺寸聚合物弹性基材与压阻多孔材料，在将两层聚合物弹性基材结合前，在其两端涂上一层导电电极材料并粘上柔性导线，封装完成得到压阻多孔材料-聚合物复合材料应变传感器。
当所述应变传感器由多孔石墨烯薄膜-聚二甲基硅氧烷PDMS复合材料基制备时，压阻多孔材料为真空抽滤制备而成的三维宏观还原氧化石墨烯薄膜材料MLG，材料厚度为50μm；聚合物弹性基材为聚二甲基硅氧烷PDMS层，该PDMS层由硅氧烷弹性体基体Sylgard*184制备；
传感器制备方法是：
将硅氧烷弹性体基体(Sylgard*184)和硅氧烷弹性体固化剂(Sylgard*184)的混合物以14～16:1的比例混合得到PDMS混合液，PDMS混合液在真空干燥箱中进行1-3分钟真空抽滤以去除PDMS混合液里的气泡；然后将PDMS混合液导入模具中，在50±5℃下固化12±1小时；通过氧等离子体对固化好的两层PDMS的凹槽表面进行预处理2±1min，然后在PDMS两端涂上一层导电银胶并粘上柔性碳纤维作为电极；PDMS厚度为50μm，两凹槽深度为20μm，将两层PDMS结合后，留出40μm高度的空腔用于放置MLG；随后将MLG放置在上述PDMS空腔内，以夹层包覆状结构复合，在烘箱中进行50±5℃保温12±1h的处理，完成封装后，得到夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中压阻多孔材料(PCM-Pizeoresistive Cellular Material)与弹性基底材料间的接触界面为点状接触界面，此接触界面可为脆性、不可拉伸PCM提供均匀的拉伸应力应变载荷传递环境，使得在完整保留了PCM的机械性能、压缩性能、压阻响应性能等的前提之下，改善其拉伸、弯曲、扭转变形能力。通过调控PCM材料结构与拉伸断裂结构，此复合材料可被用作超敏感电阻式应变传感器(即复合材料相对电阻随载荷变化而变化)。基于此复合材料制备的应变传感器可实现在高达2000Hz微动应变频率下的和200Hz拉伸应变频率下的超高力电响应敏感性(应变-电阻响应系数在60％的拉伸应变范围内可低至0.2或高至56521——是截止目前为止应变-电阻响应系数最高的材料)和超低信号延迟性(延迟反应时间可低至0.8ms——是截止目前为止信号延迟时间最低的材料)。
附图说明
图1a和图1b为本发明的夹层包覆状PCM-弹性聚合物复合材料的结构示意图，二者具有不同的凹槽结构；
图2a为本发明实施例的表面处理后的带有凹槽的PDMS基体图片；
图2b为本发明实施例将压阻多孔材料(石墨烯气凝胶)放置在PDMS基体凹槽的图片；
图2c为本发明实施例将压阻多孔材料取下后的PDMS基体表面形态。有极少点状石墨烯遗留在聚合物基体表面，代表在对PDMS进行表面处理后，PDMS可与压阻多孔材料产生作用力，但可以实现不影响材料结构完整性的剥离；
图3a和图3b为本发明实施例的通过不同制备参数制备的夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料可调控拉伸断裂结构光学显微镜图；二者为不同拉伸断裂形态，其中图3a是连续网状断裂结构，图3b是并列条状断裂结构；
图4为本发明的夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料的拉伸应力-应变图；
图5为本发明在2000Hz应变频率下夹层包覆状多孔石墨烯气凝胶-PDMS复合材料基应变传感器的力电响应性能示意图；
图6a为本发明在50Hz应变频率下夹层包覆状多孔还原氧化石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器的力电响应性能示意图；
图6b为本发明在200Hz大拉伸应变频率下夹层包覆状多孔还原氧化石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器的力电响应性能示意图；
图7为本发明的夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料的拉伸与力电响应性能相关性示意图；
图8a为本发明实施例的夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器在给定应变条件下的电阻响应随应变变化一致性示意图；
图8b为本发明实施例的夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器在给定机械应变条件下的平均响应延迟时间示意图；
图9a为本发明实施例采用夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器监测人体手指关节运动示意图；
图9b为各手指相对电阻变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
本发明中的压阻多孔材料(PCM)，具有超低的拉伸模量(小于10kPa)和超低密度(低于10mg/cm3，选择范围为0.16–10mg/cm3)。
在使用拉伸模量较低的PCM时，即使在外加循环载荷条件下，PCM与聚合物弹性基材间几乎不发生脱附与滑移(脱粘率小于3％)。
适用于本发明的PCM包括但不限于碳纳米管气凝胶、石墨烯基气凝胶、多孔石墨烯薄膜、金属泡沫、聚合物泡沫、导电聚合物泡沫、金属纳米纤维气凝胶、金属纳米纤维薄膜。
在本发明中，对使用的PCM的物理形状没有特别限制，其物理形状和尺寸将根据应变传感器的配置而变化，而这种配置通常又是由最终的预期应用场景决定的。
在本发明中，PCM是由本领域中已知制备技术合成制备的。
在一个实施方案中，PCM是一种基于石墨烯的三维多孔宏观膜材料。所谓"基于石墨烯"是指该三维多孔宏观膜材料可以包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和部分还原氧化石墨烯。
在本发明中，聚合物弹性基材指一种固体聚合物材料，它在受到外力时可以从其放松的、未伸展的长度上伸展开来，伸展率大于原始长度的50％，并且在释放外力时，至少可以恢复到原来的长度，或原来长度的90％-99％的长度。所使用的聚合物弹性基材的类型主要取决于压阻传感器的预期应用。一般来说，弹性基材的选择取决于传感器要检测的运动种类与程度范围。
适用于本发明的聚合物弹性基材包括但不限于聚硅氧烷(如：聚二甲基硅氧烷)、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、乙丙橡胶、乙丙二烯橡胶、氟橡胶、聚氨酯弹性体和丁腈橡胶。
在一个实施方案中，聚合物弹性基材的厚度可以从约50μm至约1cm。
为了加强聚合物弹性基材与PCM之间的接触作用力，聚合物弹性基材的表面采用适当的表面处理技术，包括但不限于等离子体表面处理(例如，氧或氩等离子体表面处理)或用带电(或可带电)的官能团对弹性基材的表面进行功能化处理。这些表面处理可以改善聚合物弹性基材表面带电性能，以便提高其与PCM间的结合力并提高所制备应变传感器的反应应变和电阻率变化之间的相关性。
本文所用的"可带电"的官能团通常以中性状态存在但可以很容易地转化为带电状态，例如通过添加或去除一个氢原子。合适的可带电官能团在其所述领域中包括胺基(添加一个氢原子，使其带正电)和有机酸(去掉一个氢原子，成为带负电)。
在一个实施方案中，聚合物弹性基材与PCM接触的表面是经过等离子体处理的表面。
在另一个实施方案中，与PCM接触的聚合物弹性基材的表面采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性，使其表面具有提供带正电荷的官能团。
在另一个实施方案中，通过模具、砂纸等对与PCM接触的聚合物弹性基材的表面进行毛化处理，以便提高其与PCM间的摩擦、接触作用力。
在本发明中，聚合物弹性基材的表面设有凹槽，用于放置PCM。
在一个实施方案中，聚合物弹性基材是以两层叠加闭合的形式提供的，PCM可被放置于两层聚合物弹性基材之间，且位于其中的一层或两层聚合物弹性基材的凹槽中。在一些实施方案中，两层聚合物弹性基材中的至少有一层具有可放置PCM的凹槽。举例来说，图1a显示的是实施例中PCM(石墨烯气凝胶)被置于两层具有凹槽的聚合物弹性基材之间(即由两凹槽形成的空腔内)。图1b显示的是压阻多孔材料(PCM)被置于一层具有凹槽、一层不具有凹槽的两层聚合物弹性基材之间。在图1a的情况下，由相对的凹槽深度定义的通道的深度是每个凹槽深度的两倍。
当PCM被置于两层聚合物弹性基材之间时，相对于PCM的初始状态(即不在基底上)，可以处于部分压缩的状态。在这些情况下，当PCM被置于两层聚合物弹性基材之间，其体积可以比初始状态PCM的体积小0.1％-98％。在这些配置中，由于PCM的自身机械强度与弹性，PCM将对聚合物弹性基材施加一定的压力，即实现PCM与聚合物弹性基材在接触表面的紧密粘合，并实现良好接触。这将为实现从基底到PCM的机械形变传递提供有利的支撑，以便实现应变传感器的高灵敏度和准确性。
PCM与聚合物弹性基材间的可实现完整脱附的粘合指的是本领域内技术人员已知晓的物理吸附或次级键合作用，其中包括静电吸引力、范德华力和/或氢键等。在一个实施方案中，图2a～图2c显示了在采用了氧等离子体处理聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性基体表面后，PCM与PDMS所产生的可实现界面粘合与几乎完整的界面脱粘。
在本发明中，PCM与聚合物弹性基材之间没有除次级键合作用之外的键合力，如离子键、共价键等。在这种情况下，因为PCM具有超低拉伸模量，在与聚合物弹性基材接触后以较低的界面结合力便可以顺应聚合物弹性基材形变。以PCM和聚合物弹性基材的接触面上的点状结合点作为支撑点，可为PCM创造均匀的应变加载环境。这种均匀的拉伸环境可以帮助将拉伸载荷更均匀地分布在PCM网络结构单元中，实现PCM的均匀可控裂纹。这同时，也实现了PCM-聚合物弹性基材复合结构的结构延展性。在一个实施方案中，图3a和图3b显示了采用本发明中所述的复合材料制备方法制备的多孔还原石墨烯膜-PDMS复合材料的均匀、可控拉伸断裂结构。
在本发明中，基于柔性、可拉伸PCM-聚合物复合材料的应变传感器的制备方法包括PCM-聚合物复合材料制备和电极制备。电极通常包括或由银导线、金导线、铜导线、碳黑导线或碳纤维通过导电银浆粘合在聚合物弹性基材的两端，后与PCM在组装时接触。
通过本发明材料、方法组装的柔性、可拉伸电阻式应变传感器，其机械模量范围为100kPa–350kPa。在一个实施案例中，图4显示了由夹层包覆状多孔宏观石墨烯薄膜-PDMS复合材料组装的应变传感器的机械力学性能，其拉伸模量为300kPa。此模量接近人体皮肤模量(22kPa to 300kPa)，可与人体皮肤实现良好贴合并顺应皮肤的形变，用于监测受试者(人体或动物体)的机械运动。
在本发明中，因为PCM并未被聚合物弹性基材填充，可保证其在压力、拉力、弯曲、扭转等多形变载荷条件下实现高频力电响应性能，最高能响应高达2000Hz的应变频率。在一个实施案例中，图5显示了由夹层包覆状多孔石墨烯气凝胶-PDMS复合材料组装的应变传感器展现出的在高达2000Hz应变振动频率下的力电响应敏感性能。图6a和图6b显示了由夹层包覆状多孔还原氧化石墨烯薄膜-PDMS复合材料在50Hz及高达200Hz的大拉伸应变下的力电响应性能。
在本发明中，柔性应变传感器的可拉伸应变范围可高达100％，应变-阻响应系数(GF)在60％的拉伸应变范围内可低至0.2或高至56521。在一个实施案例中，图7显示了夹层包覆状多孔宏观石墨烯薄膜-PDMS复合材料组装的应变传感器的拉伸与力电响应性能相关性。
在本发明中，柔性应变传感器具有超快力电低力电响应延迟性能。图8a和图8b显示了夹层包覆状多孔宏观石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器力电响应延迟时间可低至1ms以下。
实施例1
选用真空抽滤制备而成的三维宏观还原氧化石墨烯薄膜材料(MLG)，MLG材料厚度为50μm。PDMS层的制备方法是将硅氧烷弹性体基体(Sylgard*184)和硅氧烷弹性体固化剂(Sylgard*184)的混合物以15:1的比例导入模具中，在50℃的环境条件下固化12小时。在聚合过程之前，PDMS混合液需在真空干燥箱中进行2分钟真空抽滤以去除PDMS混合液里的气泡。随后，通过氧等离子体对固化好的两层PDMS的凹槽表面进行预处理2min，后在PDMS两端涂上一层导电银胶并粘上柔性碳纤维作为电极。PDMS厚度为50μm，两凹槽深度为20μm，将两层PDMS结合后，可留出40μm相对的凹槽深度的空间用于放置MLG。随后将MLG放置在PDMS凹槽内，以夹层包覆状结构复合，在烘箱中进行50℃保温12h的处理，完成封装后得到夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器。
实施例2
人的手指的弯曲和伸直可由贴合在关节附近皮肤上的柔性、可拉伸应变传感器感应和监测。在本发明中，采用夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器对人手指的快速弯曲和伸直进行感应和监测。如图9a所示，为应变传感器贴合在手指关节处用于监测手指运动，9b为受试者佩戴了夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器组装制备的数据手套，可监测打字过程中手指的运动，此应变传感器的电阻可根据手指的不同弯曲程度与弯曲速度发生变化，即可模拟受试者打字时的不同手指运动状态，即使在相对较高的运动速度下，人类手指的弯曲状态也能得到准确的监测和量化。
Claims (18)
1.一种柔性可拉伸导电复合材料，其特征在于，所述复合材料包括聚合物弹性基材和包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料，所述聚合物弹性基材由可闭合的两层组成，两层之间形成一个用于容纳压阻多孔材料的空腔，压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面点状接触粘合并能够完整脱附，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述压阻多孔材料被完全包覆置于两层聚合物弹性基材之间。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，两层聚合物弹性基材中的至少有一层具有用于容纳压阻多孔材料的凹槽。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物弹性基材的与压阻多孔材料接触的表面是经过等离子体处理或者是由带电或可带电的官能团修饰的表面。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物弹性基材的与压阻多孔材料接触的表面经毛化处理。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述聚合物弹性基材选自聚硅氧烷、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、乙丙橡胶、乙丙二烯橡胶、氟弹性体、聚氨酯弹性体和丁腈橡胶中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述压阻多孔材料选自碳纳米管气凝胶、石墨烯基气凝胶、多孔石墨烯薄膜、金属泡沫、聚合物泡沫、导电聚合物泡沫、金属纳米纤维气凝胶、金属纳米纤维薄膜中的一种或几种的混合。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述压阻多孔材料的拉伸模量小于10kPa或密度小于10mg/cm3。
9.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，闭合的两层聚合物弹性基材之间形成的空腔体积比初始状态的压阻多孔材料的体积小0.1％～98％。
10.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，闭合后聚合物弹性基材的厚度为50μm～1cm。
11.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，压阻多孔材料为真空抽滤或冷冻干燥制备而成的三维宏观还原氧化石墨烯薄膜材料MLG，材料厚度为2μm～50μm；聚合物弹性基材为聚二甲基硅氧烷PDMS层，该PDMS层由硅氧烷弹性体基体制备。
12.一种如权利要求1-11任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将预成型的压阻多孔材料放置在两层闭合的聚合物弹性基材形成的空腔内，并使压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面实现可完整脱附的点状接触，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态；或
(2)在一层聚合物弹性基材的表面上形成压阻多孔材料，通过第二层聚合物弹性基材将压阻多孔材料完全包覆，并形成压阻多孔材料与聚合物弹性基材间的可完整脱附的点状接触，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态。
13.根据权利要求12所述制备方法，其特征在于，在两层聚合物弹性基材中的至少一层加工一用于容纳压阻多孔材料的凹槽。
14.一种由权利要求1-11任一项所述的复合材料制备的应变传感器，其特征在于，它包括：两层聚合物弹性基材和包覆于两层聚合物弹性基材内的压阻多孔材料，压阻多孔材料与聚合物弹性基材的接触界面点状接触粘合并能够完整脱附，且包覆于聚合物弹性基材内的压阻多孔材料处于部分压缩状态；聚合物弹性基材两端有经导电电极材料粘接的柔性导线，闭合两层聚合物弹性基材后进行封装，得到压阻多孔材料-聚合物复合材料应变传感器。
15.根据权利要求14所述的应变传感器，其特征在于，所述应变传感器具有如下性能：
(1)机械模量范围为100kPa～350kPa；
(2)实现在2000Hz的应变频率下的力电响应敏感性；
(3)在60％的拉伸应变范围内应变-电阻响应系数为0.2～56521；
(4)具有超低信号延迟性，延迟反应时间低于0.8ms。
16.一种如权利要求14所述的应变传感器在监测受试者的机械运动中的应用。
17.一种如权利要求14所述的应变传感器的制备方法，其特征在于，制备所需尺寸聚合物弹性基材与压阻多孔材料，在将两层聚合物弹性基材结合前，在其两端涂上一层导电电极材料并粘上柔性导线，封装完成得到压阻多孔材料-聚合物复合材料应变传感器。
18.根据权利要求17所述的应变传感器的制备方法，其特征在于，当所述应变传感器由多孔石墨烯薄膜-聚二甲基硅氧烷PDMS复合材料基制备时，压阻多孔材料为真空抽滤制备而成的三维宏观还原氧化石墨烯薄膜材料MLG，材料厚度为50μm；聚合物弹性基材为聚二甲基硅氧烷PDMS层，该PDMS层由硅氧烷弹性体基体Sylgard*184制备；
传感器制备方法是：
将硅氧烷弹性体基体(Sylgard*184)和硅氧烷弹性体固化剂(Sylgard*184)的混合物以14～16:1的比例混合得到PDMS混合液，PDMS混合液在真空干燥箱中进行1-3分钟真空抽滤以去除PDMS混合液里的气泡；然后将PDMS混合液导入模具中，在50±5℃下固化12±1小时；通过氧等离子体对固化好的两层PDMS的凹槽表面进行预处理2±1min，然后在PDMS两端涂上一层导电银胶并粘上柔性碳纤维作为电极；PDMS厚度为50μm，两凹槽深度为20μm，将两层PDMS结合后，留出40μm高度的空腔用于放置MLG；随后将MLG放置在上述PDMS空腔内，以夹层包覆状结构复合，在烘箱中进行50±5℃保温12±1h的处理，完成封装后，得到夹层包覆状多孔石墨烯薄膜-PDMS复合材料基应变传感器。
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