中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
柔性傳感器因其輕質(zhì)超薄、柔彈共形、設計自由度大、易于大面陣分布式感知等特性，已成為智能制造、健康醫療、航空航天、國防軍事等領(lǐng)域下一代信息感知的核心。然而，在不犧牲傳感性能的前提下，如何實(shí)現柔性傳感器由“實(shí)驗室級”向“工程化應用”轉變，尤其要突破大面陣器件與高靈敏度、高可靠性不可兼得的技術(shù)瓶頸，始終是制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。針對這一難題，中國科學(xué)院重慶研究院楊俊研究員團隊提出霧化噴涂構筑微納力敏增強界面新方法，發(fā)展大面陣高靈敏度柔性傳感器可控制備技術(shù)，近期取得系列進(jìn)展。
噴涂構筑微納共形力敏結構，制備大量程高靈敏度柔性傳感器。針對柔性傳感器微納力敏界面難以可控制備致使器件靈敏度與量程不可兼得的技術(shù)瓶頸，團隊基于低成本、高效可控的霧化噴涂工藝，提出微納共形力敏結構的噴涂制備新方法，發(fā)展力敏導電層在三維微納結構表面的大面積可控沉積技術(shù)，實(shí)現了MPa級大量程高靈敏度柔性傳感器的可控制備，顯著(zhù)降低了對高端微納加工設備的依賴(lài)與制造成本，具備良好的工藝可擴展性與大面陣潛力，并適配多種柔性基材與異形曲面。相關(guān)成果以“Graphene sterically-wrapped textile piezoresistive sensors: A spray coating path for synergistically advancing sensitivity and response range”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》。
噴涂調控敏感層力-電耦合通道，制備低遲滯高靈敏柔性傳感器。針對柔彈性敏感層在交變應力場(chǎng)下微裂紋無(wú)序演化導致器件遲滯大、可靠性差等難題，團隊創(chuàng )新性地將霧化噴涂與雙靜電紡絲技術(shù)相結合，構建納米纖維/碳納米管復合“島-橋”微裂紋結構與三維力-電耦合通道，解決傳統柔性傳感器多膜層結構的層間滑移與力敏通道失效問(wèn)題。該策略通過(guò)梯度孔隙率調控和碳納米管?chē)娡抗に嚨膮f(xié)同作用，實(shí)現了力-電耦合通道的大應變自愈合，遲滯低至3.5%，經(jīng)上萬(wàn)次循環(huán)測試后器件仍然保持穩定的高靈敏度系。該研究成果以“Island-bridge microcracks with nanofiber and carbon nanotube composites for high-performance flexible strain sensors”為題發(fā)表在《Composites Part B: Engineering》。
噴涂制備大面陣高靈敏度柔性傳感器，實(shí)現分布式智能感知。圍繞工程應用對大面陣高靈敏度柔性傳感與分布式智能感知的迫切需求，在前期噴涂構筑柔性力敏結構的基礎上，團隊進(jìn)一步提出基于纖維基材與噴涂沉積協(xié)同設計的柔性壓力傳感器制備新策略。利用霧化噴涂將碳納米管均勻沉積于高可壓縮性聚酯纖維織物表面，構建高度互聯(lián)、穩定的導電網(wǎng)絡(luò )，制備大面陣（450×450 mm2）高靈敏度柔性傳感器，進(jìn)而融合深度學(xué)習算法實(shí)現分布式力學(xué)成像與智能感知，展現出卓越的高時(shí)空分辨率與響應一致性，能夠精準捕捉多點(diǎn)分布、動(dòng)態(tài)變化的復雜壓力信號。相關(guān)成果以“Deep Learning-Assisted Piezoresistive Pressure Sensors with Broad-Range Ultrasensitivity for Wearable Motion Monitoring”為題發(fā)表在《Nano Energy》。
客座培養博士研究生張超、客座培養碩士研究生林凱賢為上述論文的第一作者，重慶研究院微納制造與系統集成研究中心楊俊研究員為上述論文的通訊作者，相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
