天津大学李立强教授团队《SCMs》: 蛋类膜-壳结构启发制备兼具高灵敏度和宽检测范围的应变传感

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为了解决可拉伸应变传感器的灵敏度与检测范围（最大和最小可拉伸性）之间相互制约的问题。受蛋类膜-壳结构的启发，天津大学李立强教授等人在《SCIENCE CHINA Materials》发表研究论文，提出了一种构筑具有高灵敏度、宽可拉伸应变传感器的新策略，即基于柔性可拉伸的表面接枝聚吡咯膜（s-PPy）（类似于蛋膜）和脆性金膜（类似于蛋壳）制备器件。Au和s-PPy膜在电学和机械性能上产生相互协同作用。Au膜在拉伸应变下形成裂纹，有助于提高应变传感器的灵敏度并降低其检测极限，而s-PPy膜桥接Au膜裂纹以增加器件的可拉伸性，这一策略在应变传感器中从未使用过。表面接枝策略不仅增强界面附着力，而且使天然脆性的聚吡咯膜表现出优异的可拉伸性。图1 Au/s-PPy/PDMS应变传感器的制备和表征

依靠膜-壳互补结构的协同作用，应变传感器实现了超高灵敏度（超过10⁷），宽拉伸范围（100%）以及超低检测极限（0.1%），这些性能指标将推动应变传感器领域的重大进步。而且，这种基于Au/s-PPy膜-壳结构的可拉伸应变传感器可应用于手指弯曲、手腕旋转、气流波动和声音振动等从微小变形到大范围变形的应变检测。

图2 Au/s-PPy/PDMS应变传感器的应用示例

以上结果表明基于Au/s-PPy膜-壳结构的可拉伸应变传感器具有超高性能和广阔的应用前景。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s40843-020-1473-8

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