新疆理化所在柔性应变触觉传感器领域研究取得进展

　　柔性应变触觉传感器在机器人、可穿戴电子学等领域受到了极大的关注。近年来，具备宽广传感范围与高灵敏度的电阻型柔性应变传感器取得了显著的进展。然而，这些传感器在电子皮肤触觉传感应用中存在长期耐用性的技术瓶颈。
 

　　目前，通过构建保护层以隔离传感材料与外部环境是提高传感器长期耐用性的常见策略。尽管通过构建保护层策略可提升传感器耐久性，但由此引发的层间相互作用会导致滞后性增加和稳定性下降，严重影响其在医疗监测等精密场景的应用效能。因此，关于如何在提升电阻型柔性应变触觉传感器长期耐用性的同时保持其高性能传感性能，仍然是该领域的挑战。
 

　　针对上述挑战，中国科学院新疆理化技术研究所材料物理与化学研究室研究科研团队提出了一种创新的解决方案。通过设计一种具有Ravioli Pasta结构(RPS)的可拉伸应变传感器，该传感器通过双静电纺丝纳米纤维和喷涂碳纳米管技术实现。将具有岛桥微裂纹结构的复合传感材料嵌入双静电纺丝纳米纤维薄膜，创新构建三维恢复力系统。该结构通过梯度孔隙率调控和碳纳米管喷涂工艺的协同作用，实现了微裂纹自愈合功能，使传感器在50%应变条件下仍保持24ms快速响应，经12000次循环测试后灵敏度系数(GF)稳定维持在37.38，滞后系数(γ)低至3.568%。同时，在应用验证中，该传感器成功实现对人体脉搏、呼吸等微弱生理信号的稳定采集，并在机器人手部运动控制系统中展现出优异的动态响应特性。
 

　　这种三维恢复力结构设计突破了传统层状复合材料的物理限制，为构建兼具长期耐用性与高灵敏度的柔性传感系统提供了技术指导。此项研究创新性地将材料级配复合与微结构仿生设计相结合，不仅解决了柔性电子器件工程应用中的关键可靠性问题，更为可穿戴医疗设备、智能机器人等领域的传感器设计提供了新的理论支撑。
 

　　相关研究成果以“Island-Bridge Microcracks with Nanofiber and Carbon Nanotube Composites for High-performance Flexible Strain Sensors”为题发表于Composites Part B: Engineering期刊，硕士研究生林凯贤为第一作者，中国科学院新疆理化所赵鹏君研究员和重庆绿色智能技术研究院杨俊研究员为共同通讯作者，中国科学院新疆理化技术研究所为第一单位。该工作得到了新疆维吾尔自治区重点研发计划、天山英才科技创新团队等项目的资助。
 

图：构筑的岛-桥微结构柔性应变触觉传感器及其在机器人手势控制方面的应用