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

• 作者: 李红卫 谭子婷 苑力倩 李洁 陈小松 纪德洋 张凯 胡文平 李立强
• 来源期刊: 中国科学:材料科学(英文版)
• 学科: 工学
• 关键词: 应变传感器 拉伸应变 检测极限 壳结构 超高灵敏度 检测范围 聚吡咯膜 应变检测
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 页码范围: 717-726
• 页数: 10页
• 分类号: TP2

摘要

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,本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.在本论文中,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10^(7)),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.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.