柔性傳感器技術的未來發展方向

柔性傳感器技術是極具挑戰和潛力的發展方向，在人工智能、醫療健康等領域有著廣闊的發展前景。隨著人機交互、運動健康監控等細分領域的快速發展，相關產品對傳感器提出了更高的要求，迫切需要具有柔韌、可彎曲、可拉伸、可回復特性的彈性傳感技術，以滿足人體穿戴舒適性的需求。研究人員依托中科院寧波材料技術與工程研究所、中科院磁性材料與器件重點實驗室，針對上述需求，聚焦信息感知關鍵彈性傳感器和信息傳輸關鍵彈性導體的研發。

發展了兼容高電導率和拉伸穩定性的彈性導體

復合型導高分子是在高分子基體中填加導電性物質(碳黑、碳納米管、石墨烯、金屬粉、金屬納米線和納米片等)，通過分散復合、層積復合等方式得到的。由于它保持了高分子材料優異的柔彈性，是目前柔性電子元器件最為理想的電極材料。但由于導電填料為固體，與基體的彈性模量相差很大(3～7 個量級)，拉伸時導電填料的間距會發生變化，造成電極的電阻率明顯變化，影響器件性能。為了解決該問題，本團隊采用易形變且導電性好的液態金屬鎵銦錫(Galinstan)作為導電填料，與PDMS分散復合制備了彈性電極。該電極不僅具有良好的導電性（<1.34 x 10^3 S/cm）和大的拉伸極限(～116.86%)，更為重要的是，該電極具有極其穩定的機械性能，拉伸100%時電阻的相對變化率僅為4.305%，其指標達到國際領先水平。

發展了彈性肌電傳感器

表面肌電信號(SEMG)是一種伴隨肌肉活動出現的微弱生物電信號，在臨床醫學、人機功效學、康復醫學以及體育科學等方面均有重要的實用價值。SEMG在測量上具有非侵入性、無創傷、操作簡單等優點，但信號易受電極影響，因此選擇合適的電極顯得尤為重要。目前，商業化的肌電電極主要為凝膠電極和金屬電極。凝膠電極與皮膚貼合性好，但凝膠中的水份易揮發，時間穩定性差，且易造成皮膚過敏，不能重復使用；金屬電極導電性好，但與皮膚的貼合性差，大幅度運動易滑動，導致信號的動態穩定性較差，且易擦傷皮膚。研究人員利用研發的三層結構超薄彈性電極作為肌電電極，該電肌的阻抗在工作頻率范圍內(20～400Hz)與凝膠電極和金屬電極相當，但又克服了凝膠電極時間穩定性差，以及金屬電極動態穩定性較差的難題。將三層結構的彈性電極用于測量腿部腓腸肌外側頭肌肉走動時的信號，并與傳統銅電極進行對比，可以明顯看出，采用三層結構超薄彈性電極測得的肌電信號強了約一個數量級，顯示出了較廣闊的應用前景。

發展了柔性/彈性電路、高精度和可拉伸的應變傳感器

基于液態金屬導線，發展了可回收紙基柔性電路，其電導率達10000S/cm，彎折循環大于1萬次，復合熱導率是紙的2-3倍，提升了散熱性能，回收率達90%每分鐘，進一步發展了紙基LED顯示等演示電路?；趶椥詫w，發展了彈性耳機線、彈性充電線等。

利用高靈敏的巨磁阻抗效應，采用LC振蕩電路結構，獲得了具有數字式脈沖輸出的高靈敏柔性壓力傳感器，探測極限10μN，可以感知螞蟻的爬行；首次在低壓力探測范圍同時實現了微應力感知與數字信號輸出；發展了兼容高精度和拉伸性的彈性應力傳感器，其拉伸范圍大于100%，探測精度～0.05%，且具有優異的回復特性。

發展了人機交互用的運動監控演示產品

發展了智能手套，用于手勢的識別，并實現了手勢對機械手的遠程操控；發展了用于膝關節運動監控的智能護膝，實現了跑步、登山等動作下關節運動的監控。

研究人員在材料、器件、方法、設備上進行了專利布局，已經申請專利30項(詳情參見專利推介部分)，其中發明專利23項，已授權14項，實用新型專利授權7項。獲得寧波鄞州精英引領計劃支持以及寧波鎮海-中科院青促會創業大賽一等獎等榮譽。

圖1 可拉伸導線

圖2 可拉伸肌電傳感器

圖3 智能護膝演示