柔性压力传感器阵列 穹形结构液态金属薄膜：超柔性可拉伸压力传感器阵列
穹形结构液态金属薄膜：超柔性可拉伸压力传感器阵列
随着物联网和机器人技术的迅速发展，不断涌现出各种高灵敏度、低检测极限、快速响应的压力传感器。然而，如何使压力传感器同时具备优异的电学性能和机械拉伸性能仍然是该领域面临的挑战。
液态金属天然具有金属导电性以及常温下的流动性，近年来在柔性器件领域得到广泛应用。最近，苏州大学的刘坚教授和聂宝清副教授团队 利用镓铟合金，设计了一种超柔性可拉伸的电容式压力传感器阵列，可以在在各种弯曲状态以及极端拉伸状态下保持良好的压力传感性能。该论文发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》 (DOI: 10.1021/acsami.0c04939)
该传感器由两层嵌于Ecoflex弹性体中的液态金属薄膜电极组成，其中顶层电极具有增加灵敏度的穹形结构。由于液态金属较大的黏度，对于超小超薄的通道难以通过注射的方式填充，而其流动性又进一步增加了制备含三维结构器件的难度。该研究工作采用先分层加工的方式封装液体金属薄膜，后利用负压创造穹形结构的方法克服了这一技术挑战，实现了在弹性体基底上可重复地制备阵列式穹形结构的液态金属薄膜电极。
由于传感器单元独特的穹形结构电极，在拉伸状态下，应变主要集中于平面薄膜部分，而非穹形突起部分，因此该传感器检测的压力信号不易受到拉伸形变的干扰。同时，由于传感器的电容式传感机理以及Ecoflex良好的密封性，该传感器基本可以免疫环境因素的干扰，在各种温度和湿度条件下保持优良的压力传感性能。
这种穹形结构的电极可以降低在外力作用下各传感单元之间的机械干扰，因此，该传感器阵列可以对不同类型的荷载（集中/分散）进行受力分析，以推测施力物的轮廓特征。该传感器阵列还可以用于人体姿势的检测。比如，不同颈部姿势下，传感器各单元检测到的压力会发生变化。通过记录不同颈部姿势下传感器检测到的压力分布状态，可以由传感器的输出信号反推颈部姿势，进而可用于对接受康复训练的患者进行颈部姿势的检测，并提供及时的提醒。
该研究设计制备了一种穹形结构液态薄膜电极，以及低成本、易操作的可拉伸压力传感器阵列，为柔性传感领域的器件制备提供了一种新的参考方案。
参考文献：
YiqiuZhang, Sidi Liu, Yihui Miao, Han Yang, Xuyue Chen, Xiang Xiao, Zhongyun Jiang,Xinjian Chen, Baoqing Nie,* and Jian Liu*, A Highly Stretchable and SensitivePressure Sensor Array Based on Icicle-Shaped Liquid Metal Film Electrodes. ACSApplied Materials & Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.0c04939)
来源：名称：材料科学前沿 ID：MaterialFrontiers
一种新型柔性、压阻阵列式、大面积、高分辨率压力分布传感器问世
2022年6月16日，日本显示器公司(JDI)公开宣布，它成功开发出一种全新柔性、压阻阵列式、大面积、高分辨率压力分布传感器阵列。
一种新型柔性压阻阵列式大面积高分辨率压力分布传感器研制成功
该传感器的技术规格是
传感原理：压敏电阻方式
分辨率：23PPI（1.1mm间距）
传感面积：90mm×90mm
压力范围：0.04 至 1.4MPa
该公司是将自己最擅长的在显示器制作中的有源矩阵技术(在与功能性薄层材料的两侧面相对应的两个引出线导体层面上垂直布置一对经向与纬向致密的梳形电极)，与压敏电阻薄层相结合，通过类似于摄像机那样的扫描电源，对每一个像素点施加电压值相同的编码电压，监控每个像素点的电流大小，从而成功制作出柔性、高清晰度(高分辨率、高解像力)、无串扰的压力分布传感器。该传感器的结构剖面原理图与电原理图分别如下面两图所示。
新型压阻式大面积高分辨率压力传感器单元电路结构原理剖面图
新型压阻式大面积高分辨率压力传感器电原理图
它这样做的结果，显然可以完满地解决众所周知的、传统压力传感器无法区分整个受力面上不同点间受力差别的难题，使得分辨率与测量面积不再是一对难以取舍的矛盾。
该传感器的初步应用设想是通过将步行和脚趾脚掌抓地力等物理量传输到网络空间，①用于机器人的触觉解析，②探索运动员运动中的科学合理用力与运动鞋的设计，③帮助腿脚受伤人员的康复过程。相信随着该传感器的正式面市，其应用范围会越来越广。
试验结果证明不同行走姿势下，脚前掌与脚趾各部位的着力情况，自始至终都可以逐点清晰可辩
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