北京大学电子学院在可拉伸应变传感器研究中取得重要进展

来源:北京大学 #北京大学# #学研#
1w

高性能可拉伸应变传感器在新型电子技术领域中有广泛的应用前景,如电子皮肤、运动监测和柔性机器人等。为了适应人体皮肤的运动特性,可拉伸应变传感器需要工作在高达80%的应变范围,同时能够实现对微小形变量的精确探测。这要求可拉伸应变传感器同时实现灵敏度、工作范围和线性度的提升。目前报道的各类可拉伸应变传感器中,裂纹应变传感器因其材料选择的灵活性、易于制造以及高灵敏度等特点备受关注,但仍未能实现高灵敏度和高可拉伸性之间的平衡。

近日,北京大学电子学院、纳米器件物理与化学教育部重点实验室胡又凡课题组提出了一种通用应变工程策略,通过在裂纹应变传感器的传感层中引入应力分布不均匀性,控制裂纹的产生和扩展行为,使传感器工作在网络状裂纹和通道状裂纹的临界状态,从而实现了灵敏度、工作范围和线性度的协同提升。该工作以具有倒伏微纳米柱结构的应变传感器为代表,研究了引入软硬界面、扩大模量失配以及尺寸匹配等调控策略对传感器性能的影响,实现了灵敏度高达690.95(0-40%,R2 = 0.993)和工作范围高达120%(GF=113.70, R2 = 0.999)的多种应变传感器。

图1. a) 裂纹应变传感器灵敏度和可拉伸性与裂纹形貌的关系及其临界状态;b) 应变调控策略:软硬界面、扩大模量失配和尺寸匹配;c) 高灵敏度和高可拉伸应变传感器响应曲线

文章中提出的应变工程策略从结构层面实现对应变传感器的调控,因此可以扩展到其他可拉伸传感器。这种高度可控可调的结构也为应变传感器在各种领域的新应用提供了巨大的潜力。该工作展示了传感器在眼压监测和动态面部不对称性评估等场景中的应用,证明了它们在实际应用中的广泛适用性。

图2. a) 眼压监测示意图和器件结构;b) 传感器在眼压模型上的动态响应曲线;c) 脸部运动对称性测试点和传感器锚定示意图;d) 传感器在对称和非对称微笑过程中的电阻变化率曲线

相关研究成果以题为“从网络到通道:基于应变工程的高灵敏度、高可拉伸和高线性裂纹应变传感”( From network to channel: Crack-based strain sensors with high sensitivity, stretchability, and linearity via strain engineering)的论文,于9月1日在线发表于《Nano Energy》。北京大学电子学院2020级博士研究生王婉仪为第一作者,胡又凡副教授为通讯作者。

上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助以及北京大学微纳加工实验室校级平台的支持。

责编: 爱集微
来源:北京大学 #北京大学# #学研#
THE END
关闭
加载

PDF 加载中...