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液态金属基超可拉伸性传感器进入新阶段

文章出处:od体育平台 浏览次数:发表时间:2021-12-31
本文摘要:液态金属基超可拉伸性传感器进入新阶段 江苏激光同盟导读: 来自深圳高级技能研究所的科学家们已经开辟出一种基于液态金属的超可拉伸传感器,它具有制造容易、成本低、可反复性高以及规格系数高达4.95的长处。新设备可能将基于液态金属的传感器带入下一阶段。研究成果颁发在Scientific Reports上。 柔性和可拉伸传感器由于其奇特的特性(比方低模量、重量轻、高柔性和可拉伸性)而引起了遍及的存眷。柔性和可拉伸的传感器遍及用于新兴应用中。

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液态金属基超可拉伸性传感器进入新阶段 江苏激光同盟导读: 来自深圳高级技能研究所的科学家们已经开辟出一种基于液态金属的超可拉伸传感器,它具有制造容易、成本低、可反复性高以及规格系数高达4.95的长处。新设备可能将基于液态金属的传感器带入下一阶段。研究成果颁发在Scientific Reports上。

柔性和可拉伸传感器由于其奇特的特性(比方低模量、重量轻、高柔性和可拉伸性)而引起了遍及的存眷。柔性和可拉伸的传感器遍及用于新兴应用中。个中包括软呆板人、可穿着消费电子和电子皮肤。

跟着这些应用需求的增加,对柔性和可伸缩传感器的要求将越发严格。可是,传统的金属和半导体传感器在断裂之前只能蒙受很是有限的拉伸性。因此,它们不合用于可拉伸的应用。

针对该问题,提出了多种方法和计谋来实现可拉伸性。一些应变传感器接纳易于拉伸的布局,但绝大大都传感器的可拉伸性是通过嵌入、沉积和印刷导电质料和基板来实现的。

多样的柔性和可拉伸基板、新颖的机械耐用质料、可变形电极和新颖的加工技能有望在不久的未来开辟可拉伸传感器,从而鞭策新兴应用中可拉伸传感器的创新。可是,这些传感器无法在凌驾100%的应变下保持功效,这受到大范围可拉伸性场所的限制。同时,在可拉伸传感器中常常调查到刚性电子元件中的质料分层和/或局部断裂。

经久性差的主要原因是刚性导体和软支撑质料之间的杨氏模量存在本质差异。为相识决杨氏模量不匹配的问题,已经摸索了很多质料。液体导体因其低杨氏模量和高耐用性(纵然在大应变下也能保持)而备受存眷。

研究人员越来越意识到,使用较软的液体质料生成可拉伸导体是制造高机能可拉伸传感器的一种有前途的方法。人们普遍认为,一种特殊类型的导电液体质料是共晶镓铟(EGaln)。EGaln是镓和铟的合金,可以在室温下保持液态。由于高外貌张力和高电导率,EGaln是可伸缩机动传感器的抱负导体。

可是,带有EGaln导体的可伸缩柔性传感器也存在一个缺点,即标距系数(GF)较低。在这里,我们探讨了GF的影响因素,并设计了合理的微流体通道来增加可伸展和柔性传感器的GF。然后应用光刻技能成立相对平滑的微流控通道。

EGaln的注入方式是Ecoflex弹性体的微流体通道,用于提供具有高拉伸性,高适应性的传感器。图1. 高度机动且可拉伸的EGaln微通道的制造示意图 展开全文 图2. 通过光刻技能在硅晶片上的SU-8微通道照片 图3. 基于液体的微流体可拉伸传感器的图像,具有精彩的柔性、适应性和可拉伸性 机械变形表征 为了结实有效地执行其指定功效,EGaln微通道传感器需要具有高度的机动性,顺应性和可拉伸性,并可以或许蒙受遍及的机械变形,比方拉伸,弯曲和扭曲。为了相识EGaln微通道传感器的机能,通过模拟仿真阐发了EGaln微通道传感器对应于拉伸,弯曲和扭曲的力漫衍。

图4显示了力漫衍环境。拉伸时设备的力漫衍匀称。纵然可拉伸性高达300%,该传感器也不会呈现高应力状态,这可以防止疲劳粉碎,从而使传感器具有高可拉伸性。这说明晰合理设计的微通道,不会损坏柔性基板的布局强度。

微通道在拉伸时显示匀称变形,有助于创建精彩的线性传感器,并成立变形与电阻变化的关系。别的,该设备在弯曲和扭曲时不会呈现高应力,这很好地说明晰该设备可以巩固有效地实现指定功效,而不会因高应力疲劳损坏而导致功效失效。图4. 液基微流体可拉伸传感器在可拉伸,弯曲和起皱条件下的示意图。

(a)对应于100%,200%和300%的液基微流体可拉伸传感器张力的示意图。(b)对应于90°,180°和270°角度的液基微流体可拉伸传感器弯曲力的示意图。(c)对应于15°,30°和45°角的液基微流体可拉伸传感器折叠力的示意图。

尝试成果表白,该传感器可以拉伸到其原始长度的550%,扭曲270度和弯曲180度。当应变到达550%时,GF高达4.95,反复性误差率小于0.1%。研究人员使用该传感器举行枢纽,手指和腕部运动的准确检测,从而得到了精彩的机能。他们的成果表白该传感器在柔性可穿着电子设备中的巨大应用潜力。

本文来历:Qinwu Gao et al, Microchannel Structural Design For a Room-Temperature Liquid Metal Based Super-stretchable Sensor, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-42457-7返回,检察更多。


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