最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領的科研團隊首次提出了限制式裂紋增值感應新機制，為高性能柔性應變傳感器的設計提供了新思路。相關研究成果發表于《先進功能材料》（Advanced Functional Material 2019, 1807882），上海硅酸鹽所在讀博士生楊以娜為文章第一作者，副研究員王冉冉和研究員孫靜為文章共同通訊作者。

    論文鏈接：

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201807882

    隨著柔性電子學的發展，輕、薄、柔的便攜式、可折疊、可穿戴的柔彈性器件逐漸成為一大研究熱點。其中，柔性傳感器是應用最為廣泛的柔性電子器件，在運動感應、健康監測、醫療診斷等方面均有廣泛的應用前景。應變傳感器的基本原理是將器件的應變變化轉化為電信號進行輸出，從而用于監測引起應變的應力信號，其最主要的性能參數包括靈敏度（通常用Gage factor（GF）、相對電阻變化與應變變化的比值來表征）、應變感應范圍、檢測下限、循環穩定性等。

    其中，靈敏度和應變感應范圍是最重要的兩個性能參數，如何兼具高靈敏度和大的應變響應范圍是柔性傳感器發展中面臨的重要挑戰。然而獲得高靈敏度需要器件在小的應變下發生顯著的結構變化，而大的工作范圍則要求器件在大應變下仍能保持導電結構的連通性，通常這二者互為矛盾，難以兼得。目前，制作出同時具有較大應變感應范圍（大于50%）和高靈敏度（全應變范圍內靈敏度大于100）的柔性電子傳感器存在一定困難。

    孫靜團隊以MXene材料——Ti3C2Tx為研究對象，通過對Ti3C2Tx進行材料微結構設計，成功研制了基于Ti3C2Tx納米顆粒-納米片混合網絡結構的高性能柔性應變傳感器。

    圖a：基于Ti3C2Tx納米顆粒-納米片混合網絡結構的應變傳感器的工作原理；圖b：Ti3C2Tx基傳感器的相對電阻變化-應變曲線；圖c：Ti3C2Tx納米顆粒-納米片混合網絡結構的SEM圖。

    利用納米顆粒-納米片的協同運動，該柔性應變傳感器同時實現了高靈敏度及寬響應范圍，在整個應變感應范圍內（53%）的靈敏度高于100（GF>178.4），并具有極低的檢測限（0.025%）和高循環穩定性等優勢，能夠精準檢測呼吸、脈搏等生理信號。該研究首次提出了限制式裂紋增值感應新機制，為高性能柔性應變傳感器的設計提供了新思路。相關研究工作得到國家自然科學基金面上項目、上海市基礎重點項目、上海市青年科技啟明星項目等的資助。

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責任編輯：殷鵬飛

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