科研进展

深圳先进院集成所柔性应变传感器领域研究取得新进展

时间:2017-10-10  来源:集成所先进材料中心 韩飞 文本大小:【 |  | 】  【打印

  近日,中国科学院深圳先进技术研究院先进材料研究中心汪正平院士与孙蓉研究员领导的先进电子封装材料创新科研团队成功研发出一种具有低成本、高可拉伸性、高灵敏度等功能特性的柔性可拉伸应变传感器材料,并成功实现对人体运动行为的实时监测。研究成果《通过电沉积法制备的基于微裂纹机理的镍/石墨烯包覆的聚氨酯海绵三元杂化材料用于高灵敏度可穿戴柔性应变传感器》在线发表在材料领域期刊Journal of Materials Chemistry C(DOI: 10.1039/c7tc03636a)上。

  可穿戴柔性应变传感器已经成为未来发展智能材料的重点研究方向,其在人机交互系统、电子皮肤、人体运动行为监测系统等领域具有广阔的应用前景。其中,可拉伸性及灵敏度是应变传感器材料重要的性能指标,如何在实现高可拉伸性的同时大幅度提高灵敏度仍然是目前面临的一个挑战。

  该团队成员韩飞和张国平副研究员等利用聚氨酯海绵经过数次吸附还原过程制得导电性良好的石墨烯包覆聚氨酯海绵,然后通过电沉积方法,在其表面包覆一层带有微裂纹的金属镍,最后利用柔性聚合物封装方式制备出了镍/石墨烯包覆的聚氨酯海绵柔性应变传感器。该制备方法简单、成本低,同时将电化学方法引入了传感器的制备中,提高了其灵敏度。该柔性应变传感器表现出了良好的性能:宽应变范围(0%~65%)、高灵敏度(36.03~3360.09)、快速响应时间(<100ms)、高可靠性(1000次拉伸及弯曲循环)。此外,该传感器成功应用于人体手指弯曲活动监测以及面部肌肉拉伸监测等方面,充分展示了其在柔性可穿戴电子设备领域的良好应用价值。

  该项目得到国家自然科学基金,广东省创新科研团队和深圳市孔雀计划团队,国家自然科学基金-广东省联合基金,国家自然科学基金-深圳机器人市联合基金,深圳市重点研究计划等项目的支持。

三元杂化材料结构示意图(上)电阻变化随应变曲线(左下)以及面部肌肉拉伸测试(右下)