中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
柔性應變傳感器用于檢測動(dòng)態(tài)變形下的電信號變化，在人體運動(dòng)檢測、醫療保健、語(yǔ)音識別、機器人等方面具有廣泛的應用。監測物理信號（如溫度，濕度、流量等）的方法眾多，其中最實(shí)用的是利用共形應變傳感器檢測表面由各種物理信號誘發(fā)的形變，以此來(lái)表征物理信號的變化。目前關(guān)于應變傳感材料的研究已取得了一定進(jìn)展，但由于較差的適應性和耐久性，在應用方面仍然受到限制，尤其體現在對柔性有特殊要求的復雜運動(dòng)檢測場(chǎng)合。此外，應變傳感的應用受限于特定應變測量范圍和靈敏度。開(kāi)發(fā)同時(shí)具有高靈敏度和大變形能力的應變傳感器仍然具有挑戰性。
清華大學(xué)材料學(xué)院朱宏偉教授團隊采用生物礦化方法合成了一種動(dòng)態(tài)交聯(lián)、可自愈合的石墨烯/高分子復合凝膠材料用于柔性大應變傳感（圖1）。以石墨烯/高分子凝膠為傳感材料，借助其動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )結構的延展性及導電性，貼附于異型表面制備了不同結構（“三明治”夾層結構、纖維結構、自支撐結構）的電阻式應變傳感器，具有大量程（高達500％）、高靈敏度、適應性強（在空氣中和水下均能正常工作）、可靠耐用等特點(diǎn)，實(shí)現了多種復雜動(dòng)態(tài)形變信號（擺動(dòng)、蠕動(dòng)、扭動(dòng)及人體關(guān)節運動(dòng)）的實(shí)時(shí)快速監測（圖2）。
圖1. 石墨烯/高分子復合凝膠
圖2. 復雜動(dòng)態(tài)形變檢測：(a) 擺動(dòng); (b) 蠕動(dòng); (c) 扭動(dòng)
相關(guān)成果發(fā)表在Small上（Highly Stretchable, Adaptable, and Durable Strain Sensing Based on a Bioinspired Dynamically Cross‐Linked Graphene/Polymer Composite. Small 2019, in press）。論文第一作者為清華大學(xué)材料學(xué)院博士生林舒媛，通訊作者為朱宏偉教授。本研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目的資助。
