柔性電子產(chǎn)品的爆炸式發(fā)展給許多技術(shù)和生活領(lǐng)域帶來了重大變化，如可穿戴電子產(chǎn)品、飛機(jī)和機(jī)器人的智能電子皮膚、微空氣飛行器、高效的能量收集和存儲(chǔ)設(shè)備、人機(jī)交互技術(shù)和微型光電設(shè)備。電阻應(yīng)變傳感器以其顯著的靈敏度和簡單的結(jié)構(gòu)和讀出電路為特征，廣泛應(yīng)用于可穿戴應(yīng)變傳感設(shè)備中，用于人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)監(jiān)測，有助于精確檢測各種信號(hào)，包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、聲音、表情、呼吸和脈搏。為了在不影響正常人類活動(dòng)的情況下獲取從弱脈沖信號(hào)到大應(yīng)變關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)，需要具有高靈敏度和寬范圍的柔性應(yīng)變傳感器。然而，增加設(shè)備的靈敏度可能會(huì)以減小其范圍為代價(jià)，反之亦然。這是因?yàn)樵黾屿`敏度會(huì)加速電活性材料的耗盡，而增加范圍會(huì)減緩其耗盡。

為了提高應(yīng)變傳感器的靈敏度，大量先前的研究報(bào)道了基于裂紋的電阻應(yīng)變傳感器可以獲得高靈敏度。在拉伸過程中改變電極開裂率和裂紋形態(tài)是調(diào)節(jié)電阻應(yīng)變傳感器響應(yīng)的有效手段，這可以通過傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料系統(tǒng)的更新來實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步提高靈敏度，已經(jīng)研究了各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括模仿蝎子和蜘蛛感覺功能的狹縫結(jié)構(gòu)，以及具有負(fù)泊松比的超材料。盡管取得了這些進(jìn)步，但這些高靈敏度傳感器的測量范圍仍然受到限制。為了適應(yīng)更廣泛范圍的需求，研究人員研究了通過在裂紋材料下方分層二維材料來改變電活性材料在穿透裂紋中的行為的可能性。此外，有人提出引入褶皺或彎曲結(jié)構(gòu)來減輕電活性材料的直接應(yīng)力響應(yīng)，從而減緩其耗散速率。然而，由于機(jī)械性能的差異，引入各種材料會(huì)增加傳感器故障的風(fēng)險(xiǎn)，褶皺和彎曲設(shè)計(jì)的復(fù)雜性可能會(huì)使制造過程復(fù)雜化，從而可能阻礙商業(yè)可行性。

液態(tài)金屬具有優(yōu)異的拉伸和導(dǎo)電能力，在可拉伸電極領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，包括互連引線、自愈導(dǎo)體和應(yīng)變傳感器。為了追求更寬的測量范圍，一些研究將重點(diǎn)從基于裂紋的應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)移到液態(tài)金屬。以優(yōu)異的拉伸性能為特征，可以避免材料系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)力失配，液態(tài)金屬基應(yīng)變傳感器能夠達(dá)到超過500%的范圍。盡管如此，如此寬的范圍對(duì)于檢測人類菌株信號(hào)來說是過度的，通常低于99%，并且伴隨著靈敏度降低，難以捕捉微弱的信號(hào)，如脈沖。此外，液態(tài)金屬的優(yōu)良導(dǎo)電性導(dǎo)致敏感單元中的基極電阻降低，放大了引線的應(yīng)變響應(yīng)，并可能在應(yīng)變測量過程中引入大量無效信號(hào)。鑒于高靈敏度通常伴隨著有限的范圍，而更寬的范圍通常伴隨著較低的靈敏度，因此開發(fā)既高靈敏度又具有寬測量范圍的應(yīng)變傳感器以用于人類應(yīng)用仍然是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

本研究從歷史文物竹簡中汲取靈感，竹簡由剛性條帶通過柔性線交織在一起組成，形成了一個(gè)有凝聚力和可滾動(dòng)的實(shí)體。這種轉(zhuǎn)變使天然堅(jiān)硬的竹子變成了更柔軟的形狀，賦予了它易于彎曲和卷曲的能力。竹簡的適應(yīng)性增強(qiáng)，增加了它們的儲(chǔ)存能力，使它們易于直接歸檔和運(yùn)輸?；诠爬系闹窕瑯?gòu)造技術(shù)，我們提出了一種方法，即沿著單個(gè)竹板的相對(duì)邊緣戰(zhàn)略性地放置軟線，有助于將其組裝成一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。在這一概念的隱喻應(yīng)用中，液態(tài)金屬在我們的研究中被用作“繩索"，以有效地“鎖定"可拉伸電極金屬層內(nèi)的裂縫邊緣。邊緣鎖定液態(tài)金屬將分散的電碎片連接在一起，以恢復(fù)整體的平滑導(dǎo)電路徑。這種創(chuàng)新策略能夠?qū)㈦姎饴窂綇钠叫杏谏扉L軸的方向重新配置為垂直于伸長軸，從而動(dòng)態(tài)修改導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以響應(yīng)機(jī)械變形。與通過改變傳感器的材料[或結(jié)構(gòu)來改變電活性材料分散率的傳統(tǒng)策略不同，這項(xiàng)工作提出了一種改變已建立的電活性材料的裂解電通路的新策略，該策略能夠有效地調(diào)節(jié)柔性電阻應(yīng)變傳感器的響應(yīng)。該策略適用于各種彈性材料，由于其出色的延展性（即破壞應(yīng)變>0.5），本研究中使用了熱塑性聚氨酯（TPU，法國路博潤的Tecoflex™SG-80A）。

來源：傳感器專家網(wǎng)