稳定耐用的“两栖”应变传感器，可测量物体拉伸、弯曲和移动情况
2024-08-11 15:11:02 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该应变传感器利用聚合物进行封装。其独特的接口设计可防止水分渗入，但不会像大部分其它封装一样限制传感器材料的运动。这使“两栖”应变传感器具有所需的灵敏度和拉伸性。该应变传感器可以连接到一个无线传输数据的小芯片上。
据麦姆斯咨询报道，近期，美国北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University，简称：NCSU）的研究人员展示了一种在空气和水中均能正常工作的“两栖”应变传感器的创新技术。该技术可应用于从野生动物监测到生物医学检测。相关论文以“Encapsulated Stretchable Amphibious Strain Sensors”为题发表在Materials Horizons期刊上。
“两栖”应变传感器概况：（a）“两栖”应变传感器的制造过程；（b）无外力作用的“两栖”应变传感器、20%拉伸及扭转后的“两栖”应变传感器的状态；（c）显微镜下零应变和20%应变时裂纹尖端的情况；（d）“两栖”应变传感器三层结构侧视示意图；（e）显微镜下“两栖”应变传感器零应变和20%应变侧视图。
研究人员将注意力集中在新发现的“两栖”应变传感器可测量物体变形的特点上，这意味着其可以被用来测量物体的拉伸、弯曲和移动情况。
该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员Shuang Wu说：“比如利用该特性创建可用于生物医学应用的‘两栖’应变传感器，再比如创建用于观察血管和其它生物系统行为的传感器。其它可能的应用包括制造监测鱼类在水中移动方式的传感器，以及监测野生动物的健康状况的传感器。”
用于“机器鱼”传感和水中手语检测的“两栖“应变传感器的演示
该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系Andrew A. Adams杰出教授Yong Zhu表示：“然而，在制造这种可穿戴或可植入的‘两栖’应变传感器时，一个巨大的挑战是确保其能在潮湿环境中正常工作。”
在触觉传感的人机界面上演示“两栖”应变传感器
Shuang Wu说：“我们的目标是在不牺牲产品本身性能的情况下，创建出能在潮湿环境中长时间工作的传感器。”
基于这一目标，研究团队将目光锁定在他们于2022年底开发的高灵敏应变传感器上。他们将该应变传感器夹在两层由高弹性防水聚合物制成的薄膜之间。
该应变传感器利用聚合物进行封装。其独特的接口设计可防止水分渗入，但不会像大部分其它封装一样限制传感器材料的运动。这使“两栖”应变传感器具有所需的灵敏度和拉伸性。该应变传感器可以连接到一个无线传输数据的小芯片上。
Shuang Wu说：“在实验中，我们发现该‘两栖’应变传感器很灵敏，反应时间也很快。我们还发现，该‘两栖’应变传感器在盐水中浸泡20天和在空气中放置20天后表现出相同的性能。”
Yong Zhu 表示：“该‘两栖’应变传感器非常稳定，即使在拉伸16000次之后，它们的性能也没有下降。”
为了展示“两栖”应变传感器的性能，研究人员利用其来跟踪机器鱼的运动，以及监测猪心脏的血压。研究人员还发明了一种集成了“两栖”应变传感器的手套，利用该传感器将潜水员的手势信号转化为人们在水中或水外都能阅读的信息。
Yong Zhu说：“我们的愿景是通过一种简单的方式，让潜水员与水中的其它潜水员或船上的船员有效沟通。我们已经提交了这项技术的专利申请，并期待与行业伙伴合作，将该‘两栖’应变传感器整合到各种应用中。”
论文链接：https://doi.org/10.1039/D4MH00757C
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