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深圳先進(jìn)院開發(fā)出高性能微流體柔性應(yīng)變傳感器

發(fā)布:cyqdesign 2020-07-21 17:06 閱讀:3915
近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所微創(chuàng)中心研究員王磊、副研究員李暉團(tuán)隊(duì),在利用波浪形微通道設(shè)計(jì)改善基于液態(tài)金屬的柔性應(yīng)變傳感器遲滯性、響應(yīng)時(shí)間和靈敏度方面的研究取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Superelastic, Sensitive, and Low Hysteresis Flexible Strain Sensor Based on Wave-Patterned Liquid Metal for Human Activity Monitoring為題,發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。 ]:$ O{y  
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柔性應(yīng)變傳感器已成為未來智能設(shè)備發(fā)展的重要研究方向,在人機(jī)交互、電子皮膚和運(yùn)動(dòng)監(jiān)控等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,柔性應(yīng)變傳感器已廣泛用于可穿戴電子設(shè)備中以獲取人體物理參數(shù),但無論傳感材料的可拉伸性如何,小應(yīng)變變化的分辨率不足或加載/卸載狀態(tài)之間的滯后現(xiàn)象,限制了這些傳感器的各種應(yīng)用;诖耍钲谙冗M(jìn)院微創(chuàng)中心醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)通過將液態(tài)金屬共晶鎵銦(EGaIn)嵌入到波浪形微通道柔性基底中,開發(fā)出一種微流體柔性應(yīng)變傳感器,其新型波浪形設(shè)計(jì)抑制了微通道的粘彈性,提高了變形恢復(fù)能力,改善了遲滯性和響應(yīng)速度。 MfBdNdox7  
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該柔性應(yīng)變傳感器可承受高達(dá)320%的應(yīng)變且能夠正常工作,波浪形結(jié)構(gòu)能夠有效抑制微通道的粘彈性,遲滯性從6.79%提高到1.02%。此外,通過延長(zhǎng)波浪形微通道長(zhǎng)度,同時(shí)傳感器的靈敏度(GF=4.91)和分辨率得到提高,能夠檢測(cè)到低至0.09%的極微小應(yīng)變變化,響應(yīng)時(shí)間低至116ms。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該柔性應(yīng)變傳感器能夠被用于人體和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè),如手指、頸部、呼吸胸腔和機(jī)器人關(guān)節(jié)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等,在可穿戴電子、運(yùn)動(dòng)識(shí)別、醫(yī)療健康和軟體機(jī)器人領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。 /DO/Tqdfe  
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圖1.直線型微通道傳感器和波浪形微通道傳感器的響應(yīng)曲線對(duì)比。(a,c)直線型應(yīng)變傳感器和(b,d)波浪形應(yīng)變傳感器的相對(duì)電阻分別在縱向和橫向負(fù)載下的變化;(e)直線型應(yīng)變傳感器和波浪形應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu);(f)直線型應(yīng)變傳感器和波浪形應(yīng)變傳感器在連續(xù)分布加載實(shí)驗(yàn)中的響應(yīng)曲線變化。 RF!1oZ  
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圖2.(a)增強(qiáng)的波浪形微流體應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)。(b)增強(qiáng)的波浪形微流體應(yīng)變傳感器表現(xiàn)出良好的適形性,柔韌性和可彎曲性。 PS" .R_"  
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