传感器材料突破青岛大学等研制出仿生结构高力量

传感器材料突破！青岛大学等研制出仿生结构高弹性导电纤维

弹性导体是具有广泛应用前景的柔性智能可穿戴设备，近年来，应变传感器作为弹性导体的典型代表一直是研究的热点。众所周知，应变传感器需要对拉伸等应变具有灵敏的电信号响应，研究人员在追求应变传感器高灵敏度的同时，往往忽略了电信号如何不受干扰地传递出去，用传统金属导线穿戴舒适性大打折扣，而且不能满足服装变形和肢体运动的要求；用普通弹性导体，在传感器位置产生的电信号会受到传递过程中产生电信号的干扰甚至覆盖。如何传递应变传感器的电信号？青岛大学曲丽君教授团队和深圳大学张学记教授团队的研究获得了突破。

为了解决上述问题，青岛大学曲丽君教授团队和深圳大学张学记教授团队通过“预应力法”在聚氨酯弹性复合长丝表面构筑出了具有蠕虫形石墨烯导电微层的超弹性导电纤维（图1）。该纤维在815%拉伸倍数内有可逆电信号响应，其中在220%拉伸倍数内导电纤维表现出理想的电信号响应不灵敏，可以很好地满足织物在复杂形变中电信号的传递。

图1. 具有蠕虫形石墨烯微层的应变不灵敏超弹性导电纤维

该导电纤维的应变不灵敏性能工作原理是微层褶皱先被拉直，在褶皱拉直过程中电信号变化非常小（图2）。为了直观表达应变不灵敏性能，研究者对不同倍数预应力处理的弹性导电纤维做了几组对比应用实验（图3），300%预应力处理的导电纤维为GP300@filament在220%拉伸时电阻变化率ΔR/R00.1,此响应小到可以忽略不计。模拟GP300@filament在织物复杂形变和人体关节运动过程中电信号的响应（图3e），LED灯在织物形变过程中亮度不变，电阻变化率非常小，说明了应变不灵敏导电纤维在智能可穿戴中用作电信号传递的可行性，为柔性智能可穿戴的发展提供了新思路。

图2. 具有蠕虫形石墨烯微层的弹性导电纤维应变不灵敏原理图

图3. 应变不灵敏导电纤维的应用：（a-b）使用GP0@filament和GP300@filament做导线的简易天平及电信号响应；（c-d）使用GP0@filament和GP300@filament做导线的LED灯亮度变化及电信号响应；（e）GP300@filament在织物中对复杂形变响应情况；（f-g）GP300@filament穿戴在关节处的响应情况

以上成果近期发表于学术期刊Nano Letters（影响因子：12.279），论文题目为“Stretchable Conductive Fibers of Ultrahigh Tensile Strain and Stable Conductance Enabled by a Worm-shaped Graphene Microlayer”，该论文共同第一作者为青岛大学硕士研究生孙奉强、副教授田明伟以及曼彻斯特大学博士生孙玄同，共同通讯作者青岛大学曲丽君教授、北京科技大学许太林教授以及深圳大学张学记教授，青岛大学为第一单位，北京科技大学、曼彻斯特大学和深圳大学为合作单位。

青岛大学智能可穿戴技术研究中心成立于2018年6月，融合电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多学科与技术，结合新材料开发、传感新方法及传感新器件的构建与设计。

关于传感器材料

最后就是建设和谐的汽车社会 传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料四大类。