中國(guó)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(shè)計(jì)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(yī)療、航空航天、國(guó)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(xiàn)柔性傳感器由“實(shí)驗(yàn)室級(jí)”向“工程化應(yīng)用”轉(zhuǎn)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(duì)這一難題，中國(guó)科學(xué)院重慶研究院楊俊研究員團(tuán)隊(duì)提出霧化噴涂構(gòu)筑微納力敏增強(qiáng)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(gòu)筑微納共形力敏結(jié)構(gòu)，制備大量程高靈敏度柔性傳感器。針對(duì)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(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)的噴涂制備新方法，發(fā)展力敏導(dǎo)電層在三維微納結(jié)構(gòu)表面的大面積可控沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了MPa級(jí)大量程高靈敏度柔性傳感器的可控制備，顯著降低了對(duì)高端微納加工設(shè)備的依賴與制造成本，具備良好的工藝可擴(kuò)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(diào)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(duì)柔彈性敏感層在交變應(yīng)力場(chǎng)下微裂紋無(wú)序演化導(dǎo)致器件遲滯大、可靠性差等難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將霧化噴涂與雙靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建納米纖維/碳納米管復(fù)合“島-橋”微裂紋結(jié)構(gòu)與三維力-電耦合通道，解決傳統(tǒng)柔性傳感器多膜層結(jié)構(gòu)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(diào)控和碳納米管噴涂工藝的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了力-電耦合通道的大應(yīng)變自愈合，遲滯低至3.5%，經(jīng)上萬(wàn)次循環(huán)測(cè)試后器件仍然保持穩(wěn)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(xiàn)分布式智能感知。圍繞工程應(yīng)用對(duì)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(gòu)筑柔性力敏結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出基于纖維基材與噴涂沉積協(xié)同設(shè)計(jì)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(gòu)建高度互聯(lián)、穩(wěn)定的導(dǎo)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(xí)算法實(shí)現(xiàn)分布式力學(xué)成像與智能感知，展現(xiàn)出卓越的高時(shí)空分辨率與響應(yīng)一致性，能夠精準(zhǔn)捕捉多點(diǎn)分布、動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜壓力信號(hào)。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(yǎng)博士研究生張超、客座培養(yǎng)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(tǒng)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(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
