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天津科技大學(xué)與南開大學(xué):提出新型裂紋調(diào)控機(jī)制實(shí)現(xiàn)高分辨率應(yīng)變傳感器

來源:深圳市森瑟科技發(fā)展有限公司   2025年03月17日 07:21  

隨著柔性電子器件的高速發(fā)展,高密度集成的可拉伸應(yīng)變傳感陣列對于可穿戴電子設(shè)備、仿生機(jī)器人和植入式醫(yī)療設(shè)備等下一代智能應(yīng)用至關(guān)重要。具有寬應(yīng)變范圍、高靈敏度、快速響應(yīng)時(shí)間、高穩(wěn)定性和小傳感面積的應(yīng)變傳感單元是構(gòu)建高時(shí)空分辨率應(yīng)變傳感器陣列的前提。然而,目前所報(bào)道的應(yīng)變傳感器主要是依賴于基于裂紋機(jī)理的導(dǎo)電材料,這類材料在傳感面積和性能之間存在固有矛盾。因此,制備同時(shí)具有寬應(yīng)變范圍、高靈敏度和小傳感面積的柔性應(yīng)變傳感陣列仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。


成果展示

作者提出了一種新型裂紋調(diào)控機(jī)制:通過利用S-Ag配位鍵對傳感材料S-MXene/AgNW(S-M/A)傳感薄膜的裂紋尺寸、取向進(jìn)行調(diào)控。S-Ag配位鍵的引入調(diào)節(jié)了S-M/A傳感薄膜的局部應(yīng)變場,使其可以形成高密度的網(wǎng)狀裂紋,平均裂紋尺寸降低至60 µm,平均裂紋間隙降低至1 µm,從而在保證S-M/A傳感薄膜具有超高靈敏度和較寬的應(yīng)變范圍的同時(shí),限度地縮小傳感面積。


該論文報(bào)道的基于MXene/銀納米線界面相互作用的應(yīng)變傳感器的傳感面積最小可達(dá)到0.25 mm2,同時(shí)還具有超寬的工作范圍(0.001-37%)、超高的靈敏度(0.001%應(yīng)變時(shí)的敏感系數(shù)約為500,35%應(yīng)變時(shí)的敏感系數(shù)大于150000)、快速響應(yīng)時(shí)間(約為5 ms)、低滯后和出色的長期穩(wěn)定性(在15%的應(yīng)變下可拉伸-釋放循環(huán)超過1000 次)。


創(chuàng)新點(diǎn)

提出了一種裂紋調(diào)控機(jī)制,通過采用γ-巰丙基三乙氧基硅烷對MXene進(jìn)行改性處理,得到巰基封端的MXene(S-MXene)納米片,在AgNW網(wǎng)絡(luò)和S-MXene納米片之間引入強(qiáng)、動(dòng)態(tài)和可逆的S-Ag配位鍵,使S-M/A柔性應(yīng)變傳感器在拉伸過程中產(chǎn)生密集的網(wǎng)狀裂紋,從而克服了基于裂紋機(jī)理的柔性應(yīng)變傳感器中常見的傳感尺寸與傳感性能之間的固有矛盾,實(shí)現(xiàn)了具有寬應(yīng)變范圍、超高靈敏度、低滯后、快速響應(yīng)、長期穩(wěn)定性以及低至0.25 mm2傳感面積的柔性應(yīng)變傳感器。


來源:傳感器專家網(wǎng)

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