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臧剑锋教授课题组在柔性应变传感器研究方面取得进展
发布时间:2017-12-05 09:21:50 作者: 来源: 点击率:

近年来,可穿戴的柔性电子设备因其可穿戴,重量轻,高灵活性等特点,受到了人们广泛的关注和研究。人体各处的大大小小的形变如脉搏振动,声带振动,四肢运动都可以被附着在皮肤表面的柔性应变传感器实时监测。开发柔性应变传感器的重要考虑因素,是选择合适的材料和器件结构,以实现高灵敏度,灵活性,耐久性,快速响应,稳定性,线性度等要求。在这些标准中,对于一些需要检测微小应变(<1%)的场合如脉搏振动,超高灵敏度就尤为重要。因此,当前亟待开发超高灵敏度的应变传感器。

最近,18luck新利电竞 光学与电子信息学院臧剑锋教授团队在该领域取得新进展。2017年11月12日,美国化学学会旗下期刊《应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces,IF=7.504)在线发表了该团队的基于“摩擦直写”技术和渗流导电理论的超高灵敏柔性应变传感器研究最新成果,论文题为“Precise Engineering of Conductive Pathway by Frictional Direct-Writing for Ultrasensitive Flexible Strain Sensors”(论文链接http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.7b14501)。

该团队从应变传感器中导电传感层的形成原理入手,在导电传感层的二维平面中,随着导电颗粒含量的增加,导电传感层的电阻将会越来越小。当导电颗粒的含量到达渗流阈值点Φc时,将发生二维渗流金属-绝缘体的跃迁,表现出来的是电阻的急剧下降。在渗流阈值点附近的导电层处于极其敏感的状态,任何外部扰动(比如增加导电颗粒含量,施加微小应变)将显著地影响电阻的变化。

基于这些理论,博士生曾志康在臧剑锋教授和喻研老师的指导下,采用石墨作为导电材料,氧化铝/聚酯复合膜作为柔性基底,提出“摩擦直写”技术,制备出了超高灵敏度的应变传感器。该传感器在应变为0.9%时的应变因子GF(Gauge Factor)高达9720,最小应变探测可达0.05%,应变探测分辨率可达0.05%,在目前已知的报道中拥有最高的探测灵敏度,很好地满足了微小应变探测的需求。此外,该传感器有较快的响应时间40ms,以及较高的稳定性,在5000次以上的反复弯曲以后依然保持原有性能。基于这些优异性能,该团队对其传感器进行了多种应用的展示,包括基于胸腔的呼吸模式识别,基于声音振动的语音识别等等。这些应用展示显示出该应变传感器广泛的应用前景。

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博士生曾志康是该工作的第一作者,臧剑锋教授和喻研老师为通讯作者。

该研究工作获得国家自然科学基金青年项目“柔性聚合物衬底上单层二维原子晶体的软接触摩擦制备及机理研究”、国家自然科学基金面上项目“柔性二维材料的折纸技术实现材料性能定制的研究”,以及青年计划的支持。