顆粒在線訊：可貼合在人體皮膚或衣服上的柔性應(yīng)變傳感器能夠適應(yīng)各種機(jī)械形變并實(shí)時(shí)將其轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)的電信號(hào)，可廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、生理信號(hào)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，在人機(jī)交互中發(fā)揮重要作用。目前應(yīng)變傳感器面臨的最大挑戰(zhàn)就是在一個(gè)器件中同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的靈敏度和寬的應(yīng)變檢測(cè)范圍。一般高靈敏度的應(yīng)變傳感器是基于剛性導(dǎo)電薄膜中裂紋的產(chǎn)生或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)電單元之間的分離來(lái)實(shí)現(xiàn)的，會(huì)導(dǎo)致體系電阻的急劇變化。然而，它們的應(yīng)變檢測(cè)范圍極其有限（<5%），稍微大的形變就會(huì)導(dǎo)致傳感層的破裂而失效。具有寬應(yīng)變檢測(cè)范圍的應(yīng)變傳感器在近年來(lái)得到了廣泛的報(bào)道，傳感材料使用的是一些高度可拉伸的離子導(dǎo)電的水凝膠。體系電信號(hào)的變化歸因于拉伸后水凝膠中離子傳輸路徑的變長(zhǎng)，即使將水凝膠與一些納米導(dǎo)電材料混合后其靈敏度依然不是很理想。

啟發(fā)于傳統(tǒng)的裂紋應(yīng)變傳感器，中山大學(xué)吳進(jìn)課題組首次利用由反相乳液聚合的聚丙烯酰胺（PAM）有機(jī)水凝膠微球薄膜形成的傳感層基于彈性體薄膜-微球傳感膜-彈性體薄膜的三明治薄膜器件結(jié)構(gòu)制備了具有超高靈敏度的應(yīng)變傳感器，GF達(dá)到了1275，突破了目前水凝膠基傳感器靈敏度的上限，探測(cè)下限也達(dá)到0.05%應(yīng)變。這種電信號(hào)的巨大變化歸因于在拉伸時(shí)組成傳感膜的微球之間的分離以及感應(yīng)層中裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。由于上下兩層彈性體薄膜的包裹，即使遭受較大的應(yīng)變后，傳感層仍然能恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而使傳感器兼具寬的應(yīng)變檢測(cè)范圍（100%）。除此之外，該傳感器還表現(xiàn)出良好的抗疲勞性、低遲滯、良好的抗凍性和熱穩(wěn)定性。最終，它能夠用于對(duì)各種人體各種活動(dòng)的高靈敏探測(cè)，進(jìn)行廣泛的人機(jī)交互。由于Ecoflex薄膜的封裝，該傳感器還具有良好的耐水性，因此即使在水中也能進(jìn)行準(zhǔn)確、穩(wěn)定和實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。最后，將自主開(kāi)發(fā)的無(wú)線傳感器電路和APP和薄膜應(yīng)變傳感器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了呼吸暫停報(bào)警和單通道手勢(shì)識(shí)別等穿戴式應(yīng)用，展現(xiàn)出傳感器在可穿戴電子和人機(jī)交互中的巨大應(yīng)用前景。

圖1 PAM有機(jī)水凝膠微球的制備流程以及基于有機(jī)水凝膠微球薄膜的應(yīng)變傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例示意圖。

圖2 有機(jī)水凝膠微球傳感器的應(yīng)變傳感機(jī)理及傳感性能。

圖3 有機(jī)水凝膠微球傳感器的各種應(yīng)用演示。

圖4 基于有機(jī)水凝膠微球應(yīng)變傳感器的無(wú)線人機(jī)交互系統(tǒng)。