裂纹水凝胶应变传感器

低应变高灵敏

利用预置弯曲宏观裂纹的开闭引起离子电流通道截面积突变，同时实现高灵敏度与大检测范围。

Yuhan, Guo · Guo, Haoyu · Yuwei, Han · Xi, Chen · Jinyuan, Liu · 杨勐 · 卢同庆 · Junrong, Luo · Ran, Tao · 杨庆生 · 加坤

Advanced Functional Materials 2023

参数信息

应变灵敏度

80

触觉力灵敏度

0.45 kPa⁻¹

可检测应变上限

215 %

技术优势

灵敏度提升两到三个数量级

与无裂纹体相水凝胶相比，拉伸和触觉力灵敏度分别提升两个和三个数量级，无需增加外部电路或复杂结构。

裂纹不会扩展

凝胶的高断裂韧性抑制了裂纹扩展，使传感性能在反复加载下保持稳定，器件更耐用。

一种传感器多种功能

通过设计裂纹图案和夹层结构，同一传感器可区分拉伸、压缩和弯曲等多种变形，无需多个传感单元。

应用场景

• 电子皮肤：在0–20%小应变下仍保持高灵敏度，适合贴附在人体皮肤上捕捉细微变形。
• 软体机器人：可同时感知拉伸、弯曲和触觉力，为软体机器人提供多模式反馈，实现精细操控。
• 柔性可拉伸传感器：高达215%的可拉伸范围与高灵敏度结合，适用于大变形柔性结构的实时监测。
• 智能水凝胶：利用凝胶基体的断裂韧性抑制裂纹扩展，实现高灵敏度传感，无需复杂结构即可提升智能水凝胶的功能。