中科院物理所成功研制新型柔性高性能應變傳感器

　　【儀表網 儀表研發】早在20世紀70年代，電子皮膚的概念就已經出現在很多科幻作品中。與此同時，科學家也開始對電子皮膚不斷進行探索，因為它在智能機器人、仿生假肢、健康監測等領域有巨大應用前景。
 

 

　　(a)金屬合金皮膚的光學照片。(b)XRD和TEM表明它的無序原子結構。(c)“透明”的非晶合金皮膚。(d)非晶合金皮膚的透光率隨厚度的變化。

 

　　電子皮膚的基本單元是柔性應變傳感器。然而，現有的應變敏感材料，由于導電性差、能耗高、制作工藝復雜、成本高等缺點，極大地限制了電子皮膚的實際應用。所以，尋找新型應變傳感材料迫在眉睫。
 

　　金屬合金是人類早并且至今仍在日常生活中使用廣泛的材料之一。然而，晶體金屬合金的彈性極限范圍很小，一般金屬合金材料的彈性極限遠小于<0.5%，這是金屬材料應用在電子皮膚領域大的短板?？焖偌彼倮鋮s是制備新型合金材料的現代方法，這種方法可以將金屬液體無序的原子結構保留下來，得到的非晶合金材料可以極大地提高其彈性極限范圍， 高達>2%， 是一般合金材料的幾十倍。 非晶合金又能將金屬優良的導電性也較好地保留下來。利用非晶合金材料這些特性，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)條件實驗室EX04組博士研究生咸海杰在汪衛華研究員、白海洋研究員、柳延輝研究員的指導下，近研制了一種新型柔性高性能應變傳感器——非晶合金皮膚。
 

　　非晶合金皮膚是通過離子束濺射方法將ZrCuNiAl等非晶合金薄膜直接生長在柔性塑料(PC)襯底上得到的。 非晶合金傳感器柔性好(彎曲角>180?)，通過對薄膜厚度的調控可以視覺上變得“透明”。對該傳感器進行的壓阻效應測試結果表明，非晶合金皮膚保留了金屬材料高電導率(>5000 S cm-1)、而且電阻與應變之間有的線性關系、穩定性好等特點。同時，與傳統晶態金屬材料相比，彈性范圍有很大的提高(室溫下的理論彈性極限為4.2%)。此外，該傳感器有極小的電阻溫度系數(9.04×10-6 K-1)，明顯的抗菌性等特點。另外， 非晶柔性應變傳感器制備方法簡單，制造成本低。利用非晶合金柔性應變傳感器這些獨特性質，有望推動電子皮膚的早日實際應用，同時也為非晶合金材料的應用開辟新的途徑。
 

　　相關工作“Flexible strain sensors with high performance based on metallic glass thin film”近日發表在Applied Physics Letters(111, 121906，2017)上。
 

　　本項研究工作得到了國家自然科學基金(51571209 and 51461165101)、973項目(2015CB856800)，和中科院前沿局重點項目的資助。
 

　　(原文標題：非晶合金皮膚：一種新型高性能柔性應變傳感器)