国家自然科学基金机械工程学科2020年度优秀结题项目（六）
项目负责人：高阳
Email：yanggao@ecust.edu.cn
项目执行期：2018年1月-2020年12月
依托单位：华东理工大学
项目批准号：51705154
项目简介：
兼具高灵敏度和高延展性的应变传感器在结构健康监测、生物医疗、机器人等领域具有广阔的应用前景。但新型应变传感器的发展仍需解决器件高灵敏度与高延展性之间的矛盾，传感工作原理不完善，器件耐久性及其性能衰减机制不清等共性基础问题。围绕以上问题，本项目提出了一种仿生裂纹传感层设计方法，赋予了器件宽的应变测量范围和高的灵敏度；通过对新型传感器工作原理的研究，阐明其应变响应特性；系统研究应变传感器的耐久性，揭示器件性能衰减的微观机制。在以上工作基础上，实现了传感器在移动式储氢压力容器动态载荷谱采集及识别的应用。
主要研究进展及创新点：
本项目以结构健康监测、生物医疗、机器人等领域对高性能传感器需求为目标，以推动我国的传感器技术进步为出发点，针对发展兼具高延展性和高灵敏度应变传感器的共性基础问题开展研究，主要创新如下：
（1）提出了一种仿生裂纹应变传感层设计。通过微米尺度裂纹以及碳纳米管的桥接作用，赋予了器件宽的应变测量范围和高的灵敏度；
（2）通过原位表征以及电阻抗谱分析，建立了材料微观结构变化与器件宏观性能的关联模型，阐明器件的应变-电阻响应特性。实验发现传感器的应变响应来自于纳米材料的离断效应。而裂纹结构的引入，可以显著提升传感器的灵敏度。
（3）系统研究了应变传感器在长周期循环下的耐久性，发现了器件性能衰减的潜在微观机制。
图1 项目主要研究内容
项目取得的主要研究成果：
项目执行期间，发表SCI论文16篇，授权发明专利2项，受邀在国际国内学术会议上作邀请报告4次。相关成果已部分应用于移动式储氢压力容器动态载荷谱采集及识别的应用，获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖1项（2/15，2021年）、上海市科技进步一等奖1项（10/15，2019年）。培养博士生1人，硕士生2人。
团队介绍：
项目负责人所在团队为承压系统与安全教育部重点实验室。实验室经过多年的发展，形成了一支包括1名中国工程院院士、3名教育部“长江学者”特聘教授、4名国家自然科学基金杰出青年基金获得者在内的科研队伍。团队依据多学科交叉的特点和学校的化工特色与优势，瞄准承压装备及系统安全科学与技术的前沿，以现代过程工艺装备及其处理的物质为对象，研究故障萌生、演化并最终导致灾难性事故的规律，提出承压装备设计、制造及运行安全保障的科学方法，把承压装备材料－结构一体化安全理论与技术、承压装备的安全设计与制造、承压装备与系统健康诊断和安全控制作为主攻方向，体现了国家中长期科技发展战略的要求，对于促进我国国民经济与社会可持续发展、保障安全生产和社会安全以及和谐社会建设具有十分重要的意义。
编辑：恽海艳 校对：张强
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