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随着物联网和机器人技术的迅速发展，不断涌现出各种高灵敏度、低检测极限、快速响应的压力传感器。然而，如何使压力传感器同时具备优异的电学性能和机械拉伸性能仍然是该领域面临的挑战。液态金属天然具有金属导电性以及常温下的流动性，近年来在柔性器件领域得到广泛应用。最近，苏州大学的刘坚教授和聂宝清副教授团队利用镓铟合金，设计了一种超柔性可拉伸的电容式压力传感器阵列，可以在在各种弯曲状态以及极端拉伸状态下保持良好的压力传感性能。该论文发表于《ACSAppliedMaterialsInterfaces》(DOI:10./acsami.0c)该传感器由两层嵌于Ecoflex弹性体中的液态金属薄膜电极组成，其中顶层电极具有增加灵敏度的穹形结构。由于液态金属较大的黏度，对于超小超薄的通道难以通过注射的方式填充，而其流动性又进一步增加了制备含三维结构器件的难度。该研究工作采用先分层加工的方式封装液体金属薄膜，后利用负压创造穹形结构的方法克服了这一技术挑战，实现了在弹性体基底上可重复地制备阵列式穹形结构的液态金属薄膜电极。由于传感器单元独特的穹形结构电极，在拉伸状态下，应变主要集中于平面薄膜部分，而非穹形突起部分，因此该传感器检测的压力信号不易受到拉伸形变的干扰。同时，由于传感器的电容式传感机理以及Ecoflex良好的密封性，该传感器基本可以免疫环境因素的干扰，在各种温度和湿度条件下保持优良的压力传感性能。这种穹形结构的电极可以降低在外力作用下各传感单元之间的机械干扰，因此，该传感器阵列可以对不同类型的荷载（集中/分散）进行受力分析，以推测施力物的轮廓特征。该传感器阵列还可以用于人体姿势的检测。比如，不同颈部姿势下，传感器各单元检测到的压力会发生变化。通过记录不同颈部姿势下传感器检测到的压力分布状态，可以由传感器的输出信号反推颈部姿势，进而可用于对接受康复训练的患者进行颈部姿势的检测，并提供及时的提醒。该研究设计制备了一种穹形结构液态薄膜电极，以及低成本、易操作的可拉伸压力传感器阵列，为柔性传感领域的器件制备提供了一种新的参考方案。参考文献：YiqiuZhang,SidiLiu,YihuiMiao,HanYang,XuyueChen,XiangXiao,ZhongyunJiang,XinjianChen,BaoqingNie,*andJianLiu*,AHighlyStretchableandSensitivePressureSensorArrayBasedonIcicle-ShapedLiquidMetalFilmElectrodes.ACSAppliedMaterialsInterfaces(DOI:10./acsami.0c)

名称：材料科学前沿

ID：MaterialFrontiers

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