近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心王磊研究员、李晖副研究员团队在利用波浪形微通道设计改善基于液态金属的柔性应变传感器迟滞性、响应时间和灵敏度方面的研究取得新进展。相关研究成果以Superelastic, Sensitive, and Low Hysteresis Flexible Strain Sensor Based on Wave-Patterned Liquid Metal for Human Activity Monitoring为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces（影响因子：8.758）上，李晖副研究员是该论文的通讯作者，研究助理陈静为第一作者，深圳先进院为第一作者单位和唯一通讯单位。 

  柔性应变传感器已经成为未来智能设备发展的重要研究方向、在人机交互、电子皮肤和运动监控等领域具有广阔的应用前景。目前，柔性应变传感器已广泛用于可穿戴电子设备中以获取人体物理参数，但是无论传感材料的可拉伸性如何，小应变变化的分辨率不足或加载/卸载状态之间的滞后现象始终限制了这些传感器的各种应用。基于此，深圳先进院微创中心医学微系统团队通过将液态金属共晶镓铟（EGaIn）嵌入到波浪形微通道柔性基底中，开发了一种微流体柔性应变传感器，其新型波浪形设计抑制了微通道的粘弹性，提高了变形恢复能力，改善了迟滞性和响应速度。 

图1：直线型微通道传感器和波浪形微通道传感器的响应曲线对比。（a，c）直线型应变传感器和（b，d）波浪形应变传感器的相对电阻分别在纵向和横向负载下的变化；（e）直线型应变传感器和波浪形应变传感器结构；（f）直线型应变传感器和波浪形应变传感器在连续分布加载实验中的响应曲线变化。

  该柔性应变传感器可承受高达320％的应变且能够正常工作，波浪形结构能够有效抑制微通道的粘弹性，迟滞性从6.79％提高到1.02％。此外，通过延长波浪形微通道长度，同时传感器的灵敏度（GF = 4.91）和分辨率得到提高，能够检测到低至0.09％的极微小应变变化，另外响应时间低至116ms。实验验证该柔性应变传感器能够被用于人体和机器人的运动监测，例如手指、颈部、呼吸胸腔和机器人关节的不同运动状态等，在可穿戴电子、运动识别、医疗健康和软体机器人方面具有广阔的应用前景。 

图2：（a）增强的波浪形微流体应变传感器结构。（b）增强的波浪形微流体应变传感器表现出良好的适形性，柔韧性和可弯曲性。

图3：增强的波浪形应变传感器作为可穿戴设备实时监测人体和机器人的运动状态。(a)人体手指弯曲/舒展时的信号响应；(b)贴敷有传感器的手指在抓取不同尺寸物体时的信号相对变化(1)烧杯;(2)塑料杯;(3)圆珠笔；（c）增强的波浪形传感器在人体颈部弯曲和(d)胸腔呼吸等动态循环加载下的输出信号变化。

  该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学金和深圳市基础研究等的支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c04709