中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
特種電子是面向航空、航天、航海、極地、高原等極端環(huán)境應用需求，所構建的高可靠、非常規柔性電子材料、器件與系統。特種柔性感知技術(shù)是融合柔性電子與特種傳感原理的關(guān)鍵技術(shù)，可突破常規柔性傳感技術(shù)在極端環(huán)境中的應用局限，實(shí)現多維度信息的可靠采集與感知，為極端場(chǎng)景下的智能監測、精準控制提供核心支撐。
圖1 特種柔性感知用于變構無(wú)人機跨溫域監測
近日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士王學(xué)文教授課題組在特種柔性感知方面取得系列進(jìn)展。針對柔性應變傳感器耐溫范圍窄、應變靈敏度低等瓶頸問(wèn)題，團隊創(chuàng )制了一種基于單相Nb-Mo-W固溶體材料的可印刷耐高溫中熵合金墨水，并創(chuàng )新性提出原位異質(zhì)印刷制造技術(shù)，實(shí)現了在任意材質(zhì)表面直接制備高性能柔性傳感器。所研制的柔性傳感器成功突破了工作溫度限制，改變了業(yè)界長(cháng)期以來(lái) “柔性傳感器無(wú)法在高溫環(huán)境下穩定工作” 的固有認知。同時(shí)在核心性能指標上展現出卓越表現，其在-150至1100°C超寬溫度環(huán)境下的應變靈敏度（gauge factor）較傳統金屬基和陶瓷基（非柔性）傳感器高出2個(gè)數量級以上。課題組研究發(fā)現中熵合金所特有的晶格變形、納米顆粒間距調控以及薄膜應力集中之間的跨尺度協(xié)同機制是實(shí)現上述優(yōu)勢的關(guān)鍵?；谠摮晒n題組驗證了特種柔性傳感器在極端溫度環(huán)境下對變構飛行器姿態(tài)與構型的實(shí)時(shí)、穩定監測能力，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》（Nat. Commun., 2025, 16, 7351）。
針對柔性傳感器高溫穩定性差、響應速度慢等方面挑戰，課題組提出合金化與多界面融合策略，采用噴墨打印和氫氣輔助熱退火工藝，在柔性襯底表面直接制備了基于二維過(guò)渡金屬硫族化合物合金薄膜的特種柔性溫度傳感器，實(shí)現了-253至800℃寬范圍內對溫度變化的穩定與瞬態(tài)響應，其響應時(shí)間低至微秒級（Research, 2024, 7, 0452）；在此基礎上，課題組提出激光直寫(xiě)工藝制備二維過(guò)渡金屬硫族化合物合金薄膜，揭示了二維薄膜材料的熱分解與原位生長(cháng)機制，實(shí)現了高性能柔性應變傳感器的可控制備，并驗證了其在500℃高溫環(huán)境下對高頻振動(dòng)信號的檢測（Microsyst. Nanoeng., 2025, 11, 161）。此外，課題組采用兩性離子表面活性劑椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB）作為分散劑，發(fā)展了基于二維材料架構的全印刷多功能柔性傳感器（《中國科學(xué)：材料科學(xué)》，2025，10.1007/s40843-025-3470-6）；為進(jìn)一步突破柔性應變傳感器的性能瓶頸，課題組創(chuàng )新性提出基于斑馬線(xiàn)結構的界面增強效應，該策略顯著(zhù)提升了柔性彎曲傳感器的靈敏度。通過(guò)陣列化集成成功驗證了特種柔性傳感器對平面結構在三維空間內應變分布與彎曲形態(tài)的精準重構能力（ACS Sens., 2025, 10, 4896）。該系列成果為推動(dòng)柔性電子在航空航天、高端制造、極端環(huán)境監測等領(lǐng)域的進(jìn)一步應用將提供堅實(shí)的技術(shù)支撐。
圖2 特種柔性應變、溫度、壓力傳感器及傳感器陣列
上述系列工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費、西北工業(yè)大學(xué)分析測試中心開(kāi)放測試基金等經(jīng)費的支持。
近年來(lái)，課題組圍繞特種柔性感知材料與器件開(kāi)展研究，已在Nat. Commun.（3篇）、Adv. Mater.（9篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Research（3篇）等國際權威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，同行引用10000余次；獲授權中國發(fā)明專(zhuān)利15項、美國專(zhuān)利1項。課題組聚焦“特種電子”領(lǐng)域，不斷探索新興交叉學(xué)科“柔性電子學(xué)”人才培養新方法，不斷探究特種柔性感知在極端條件下的應用邊界，不斷探尋柔性電子服務(wù)國家重大應用的智勝之道。
