纳米能源所潘曹峰课题组 AMT：基于微裂纹传感阵列的平面应变分布智能监测系统

2022-08-17 来源：高分子科技

北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员及鲍容容副研究员设计了一种基于微裂纹传感阵列的柔性智能应变监测系统。该系统集信息采集、信息处理、实时显示于一体，可以直接监测被测物体的空间应变分布。

由于人工智能和物联网技术的高速发展，柔性应变传感系统在个性化监测领域具有广阔的应用前景。针对柔性应变传感系统在大面积实时复杂监测领域的应用需求，北京纳米能源与系统研究所潘曹峰研究员及鲍容容副研究员设计了一种基于微裂纹传感阵列的柔性智能应变监测系统。该系统集信息采集、信息处理、实时显示于一体，可以直接监测被测物体的空间应变分布。

该系统主要由多个传感模块组成，在不同方向上紧密贴合被测物体表面来感测施加在物体上的应力的大小、位置和具体形态。单个传感模块包括一个新型的柔性四通道应变传感阵列和一个相对应的柔性信号处理电路板。传感阵列是由具有良好附着力和低杨氏模量的超薄PDMS弹性薄膜作为衬底、拉伸后具有平行微裂纹结构的金属薄膜作为传感层，共同组成的两层、四通道超薄PDMS-Ni/Au传感阵列。利用超薄微裂纹金属薄膜传感器制备技术和分层结构设计制作的柔性应变传感阵列对微小应变或振动具有良好的检测能力，灵敏度因子可达4500，机械稳定性近2000次，响应时间约25ms，检测极限仅为0.02%。由于双层结构设计，该传感器阵列可同时精确检测横向和纵向的所有应变，满足了对微小应变全方向测量的要求，改善了传统微裂纹传感器只对裂纹垂直方向的应变敏感的缺点。相对应的柔性信号处理电路板以PI为基底材料，厚度仅为0.1mm，可与传感阵列紧密贴合使系统具有更好的适应性和灵活性。再结合通信模块和显示软件设计，最终实现了一个集传感阵列、测量电路、显示和存储设备为一体的柔性智能应变监测系统。该系统可以出色地完成指尖、尺子和吹风机对传感模块所在表面施加的点、线、面的应变的实时监测，并准确地模拟出应变的空间分布和强度变化，还可以做成可穿戴器件贴在人的后背上对含胸驼背等的人体形态进行实时判断和监测，这对矫正坐姿、预防近视眼等的人体健康可穿戴设备也有参考价值。与此同时，该智能传感系统还具有低功耗、集成度高、应用灵活性高的优势。此外，通过改变阵列中传感模块的数量，可以大倍率扩展监测面积，有极强的实际应用潜力。例如在航空航天领域中，实现针对形变非常微小、感测面积却很大的柔性薄膜太阳能电池板的结构/损伤监测任务等。相关论文在线发表在Advanced Materials Technologys上。

论文信息：

Flexible Intelligent Sensing System for Plane Complex Strain Monitoring

Yixin Wan, Juan Tao, Ming Dong, Li Zhang, Zhengchun Peng, Rongrong Bao,* and Caofeng Pan*

Advanced Materials Technologys

DOI: 10.1002/admt.202200386

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202200386

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