南京邮电大学赖文勇等：高灵敏度和高线性度的可拉伸应变传感器的分层结构设计

文摘科学 2024-07-02 09:57 北京

对柔性电子设备日益增长的需求使得开发具有高灵敏度和高线性度的传感器更加迫切。由于拉伸应变下不可逆结构损伤诱导电阻线性急剧增加，现有的可拉伸应变传感器难以完美地同时实现这两个特性。

近日，南京邮电大学赖文勇教授等人在Science China Materials发表研究论文，提出了一种兼具表面褶皱和体相梯度孔隙的新型分级互连结构。

本文要点

1) 利用水热活化机制精确控制纳米级褶皱间距，通过调控相分离中热力学和动力学行为构筑出体相梯度多孔结构，通过改变器件两侧曲率实现各向异性特征，深入研究各种设计的功效、量化几何结构对灵敏度的有效贡献和追踪形态演变。

2) 基于器件显著的灵敏度和各向异性，所制备的传感器能够有效监测静态和动态位移、表面运动、二维应变信号变化以及预测液位随时间变化。

本工作为实现高质量的感知能力提供了一种广泛适用、适应性强、可扩展且具有成本效益的方法。

Figure 1. The comprehensive representation of schematic diagram of the logical framework in this work.

Figure 2. (a, b) Change in interlayer spacing from GO to rGO at the cross-section; (c) effects of hydrothermal time on the wrinkle gap and conductivity; (d, e) SEM and AFM images of morphology evolution under different hydrothermal times at 120°C; (f, i) comparison of cross-sectional morphology of fiber and wire strain sensors; (g, j) the enlarged images in the white dashed area; (h, k) schematic diagram of diffusion path and direction between solvent and non-solvent of different samples.

Figure 3. (a, b) Effects of hydrothermal conditions on the sensitivity. (c) Comprehensive comparison of stretchability and sensitivity of fiber strain sensors. (d, e) Effects of macrostructure design on the sensitivity. (f–h) Comparison of sensing properties of fiber and wire strain sensors. (i) Effect of curvatures on the strain level along the wire length.

Figure 4. (a–d) 1D and 2D static displacement changes. (e–g) Dynamic motion monitoring of object surface. (h, i) 2D strain signals and the corresponding strain distribution. (j–l) Forecasting variations in liquid level over time.

文章信息

Chunjin Wu, Yihao Peng, Shaolong Wang, Bingren Qiu, Guanjun Li, Yujie Cao, Wen-Yong Lai. Hierarchical structural design towards stretchable strain sensors with ultra-high sensitivity and linearity. Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-2923-4

点击左下角“阅读原文”，阅读以上文章PDF原文

【扩展阅读】

SCMs文章合辑|传感器

东华大学朱美芳院士/潘绍武研究员：水性石墨烯分散液用于多功能纤维基传感器和发光器件

哈工大赫晓东院士&彭庆宇教授等：基于拉压转换和变刚度斜坡结构的宽量程压缩传感结构

高吸附电化学纤维传感器用于实时、准确检测颅内NO

SCMs|封面文章：一体化可拉伸的多功能电化学传感纤维构建微量汗液健康监测织物

SCMs|基于正负热膨胀效应调节上转换和近红外下转移发光实现多参数温度传感

SCMs|综述：面向智能视觉感知的神经形态传感器的原理和应用

SCMs|基于非对称PVA/墨水/PE双层膜的光驱动柔性致动器和多功能传感器

SCMs|SnO2修饰MoS2薄膜的n-p可调室温氢气响应及其原位SKPM研究

SCMs|观点：用于生物医学检测的二维晶体管传感器

SCMs|基于调控Cr3+锐线发射带宽的柔性光纤温度传感器

SCMs|ITO纳米晶-植物纤维复合材料的电阻式压力传感器

SCMs|利用黄原胶和PEDOT:PSS共同稳定Ga液滴以协同改善聚丙烯酰胺水凝胶的韧性和传感性能

SCMs|高导电性、可回收和抗菌的物理交联聚乙烯醇/壳聚糖-植酸水凝胶用于可穿戴传感器

SCMs|强健超弹的蜘蛛网状聚酰亚胺纤维基导电复合气凝胶用于极端温度下的线性压力传感器

点击阅读全文，了解更多

中国科学材料

以科学为导向，以作者为中心，SCIENCE CHINA Materials快速发表材料科学最新研究成果，全面报道热点领域研究进展和前沿资讯。

唐伟&吴宇平&张千玉等：通过低浓度混合有机二硒化物和有机二碲化物有序串联促进安时级高能量密度锂硫电池中的硫氧化还原动力学

西北工业大学徐飞&贾庆岩等：具有光热和电子掠夺杀菌功能的蛋黄-蛋壳结构金@多孔碳纳米球用于感染伤口愈合

中国科学院化学所易院平&韩广超等：二聚化小分子受体的电子、光学及电荷传输性质——末端基团工程的作用

河南农业大学郑昕等：阴离子诱导的多色发光质子化腙及其可控的机械及热致变色

湖北大学张成&杨勇等：基于中空二氧化锰的多功能纳米平台增强肿瘤化学动力学治疗

陕西科技大学王传义等综述：原位透射电子显微镜在非均相催化综合分析中的进展——洞察纳米尺度动态过程

长春应化所韩艳春&张强等：利用固体添加剂控制有机太阳能电池成膜和热退火过程中给体和受体的结晶

南开大学李红时等：揭示钙钛矿前驱体溶液的胶体组成及其对成膜的影响

山大张国栋等：具有优异灵敏度和超低检测限的无铅钙钛矿3D/2D Cs2AgBiBr6/Cs3Bi2Br9单晶异质结X射线探测器

华南理工大学段春晖等综述：A–D–A′–D–A型非稠环电子受体及其在有机太阳电池与光探测器中的应用

武汉工程大学彭祥等：功函促进钼基异质结电催化剂的电子结构重整提升其析氢反应活性

港城大任广禹&西安石油高欢欢等综述：固体添加剂的使用推动全聚合物太阳能电池的发展

天津大学张志成等：调控串联三金属AuAgCu异质结上*CO中间体的吸附构型，促进CO2通过不对称C–C耦合电还原为乙醇

北京化工大学徐福建&赵娜娜等：具有免疫调节作用的水凝胶中和肿瘤酸性以增强免疫用于防止黑色素瘤术后复发

深圳大学李正&周廷尧等综述：超小金纳米粒子的近红外二区发光增强与生物医学应用

闫翎鹏&段春晖&骆群&王振国等：基于低成本聚噻吩给体材料的卷对卷凹版印刷有机太阳能电池

《中国科学：材料科学》2024年第12期目录

Sci. China Mater. 出版“生物医用材料专题”

厦门大学张桥保等：快充、长寿命钠离子电池卤氧化铋纳米片负极材料的高效规模化合成

西安科技大学杜慧玲&宿文燕等：氟/溴/硒多杂原子取代的双不对称电子受体助力邻二甲苯加工有机太阳能电池光电转换效率达到19.12%

西北工业大学官操等：多功能锚定效应助力3D打印超稳定锌粉基阳极

北京科技大学王鲁宁&陈颖芝等：MOF涂层可控改性锌合金的降解行为

南京邮电大学范曲立&陈莹等：自粘式超声波驱动摩擦电纳米发电机用于皮下抗菌和促进伤口愈合

港中大（深圳）唐叔贤院士&涂文广&陈仲欣等：通过受控晶体应变揭示PtCo双金属固体溶液中增强的氧还原活性

邹志刚院士&朱熹&涂文广&钮峰等综述：二维纳米材料的相变——设计策略和催化应用

山东大学刘乘乘等：基于共价有机框架的分子工程高效光催化CO2还原为CO

华中科技大学李会巧等：预纤维化、连续LAGP骨架增强超薄有机–无机固态电解质

香港城市大学张其春等综述：MOFs材料作为CO2RR高效电催化剂的最新进展及未来前景

湖南工业大学经鑫等：基于纳米协同效应的超灵敏导电水凝胶

上海交通大学刘尽尧&匡晓&陈焕等综述：基于单宁酸的金属-多酚网络介导细胞治疗平台

北京理工大学曹茂盛&翟华嶂等：用于微波吸收和电磁干扰屏蔽的具有增强界面损耗的异维结构

天津大学叶龙&中国科学院高能所陈雨等：可控温原位拉伸条件下聚合物半导体薄膜的掠入射X射线散射

浙江大学薛晶晶&西湖大学王睿等：定制自组装空穴选择接触分子的π-共轭结构用于钙钛矿太阳能电池

东北师范大学常进法&邢子豪等：硫氮双掺杂石墨二炔作为锌-空气电池的高效无金属电催化剂

福州大学陈惠鹏&杨倩等：基于忆阻器的原位卷积策略用于精确盲文识别

第五届中国科学材料•创新论坛在深圳成功举办

江西师范大学陈义旺&廖勋凡等：受阻酚类抗氧化剂提高准平面异质结有机太阳能电池的稳定性和性能并获得超过19%效率

《中国科学：材料科学》2024年第11期目录

杨鹏&张旭&轩昆等综述：牙齿硬组织修复材料的研究进展及临床转化挑战

中国科学院化学所李永舫&李骁骏等：通过协同调控策略制备高效的适用于室内有机光伏器件的中等带隙A-DA’D-A型小分子受体

上海交通大学王中领等：具有磁共振T1-T2双激活效应的快速响应智能纳米平台用于酸性微环境成像研究

超分子玻璃：构建磷光材料的新平台

济南大学刘宏/董宝利等综述：内质网和线粒体靶向型荧光探针的近期研究进展

武汉大学杨楚罗&龚少龙等：含硼受体的高效热活化延迟荧光材料——外量子效率高达32.6%的天蓝色有机发光二极管

瑞典林雪平大学高峰&刘小可等：钙钛矿晶格重构实现高亮度、卓越的颜色稳定性及低效率滚降的混合卤化物蓝色钙钛矿发光二极管

潘传奇&李超凡等：有前景的石墨炔基纳米材料用于环境污染物控制

四川大学李建树&徐心源等：用于感染性伤口治疗的抗菌-传感一体化绿色共析凝胶

暨南大学宾德善等综述：具有氧化还原活性的导电金属有机框架作为二次电池电极材料

日本秋田县立大学邱建辉等：纠缠水凝胶驱动器能量转化效率的增强

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉