柔性傳感器技術是極具挑戰和潛力的發(fā)展方向(xiàng)，在人工智能(néng)、醫療健康等領域有著(zhe)廣闊的發(fā)展前景。随著(zhe)人機交互、運動健康監控等細分領域的快速發(fā)展，相關産品對(duì)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、可回複特性的彈性傳感技術，以滿足人體穿戴舒适性的需求。研究人員依托中科院甯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(duì)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(fā)。

　　發(fā)展了兼容高電導率和拉伸穩定性的彈性導體

　　複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(guò)分散複合、層積複合等方式得到的。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爲理想的電極材料。但由于導電填料爲固體，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(fā)生變化，造成(chéng)電極的電阻率明顯變化，影響器件性能(néng)。爲了解決該問題，本團隊采用易形變且導電性好(hǎo)的液态金屬镓铟錫(Galinstan)作爲導電填料，與PDMS分散複合制備了彈性電極。該電極不僅具有良好(hǎo)的導電性()和大的拉伸極限(～116.86%)，更爲重要的是，該電極具有極其穩定的機械性能(néng)，拉伸100%時電阻的相對(duì)變化率僅爲4.305%，其指标達到國(guó)際領先水平。

　　發(fā)展了彈性肌電傳感器

　　表面(miàn)肌電信号(SEMG)是一種(zhǒng)伴随肌肉活動出現的微弱生物電信号，在臨床醫學(xué)、人機功效學(xué)、康複醫學(xué)以及體育科學(xué)等方面(miàn)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，但信号易受電極影響，因此選擇合适的電極顯得尤爲重要。目前，商業化的肌電電極主要爲凝膠電極和金屬電極。凝膠電極與皮膚貼合性好(hǎo)，但凝膠中的水份易揮發(fā)，時間穩定性差，且易造成(chéng)皮膚過(guò)敏，不能(néng)重複使用；金屬電極導電性好(hǎo)，但與皮膚的貼合性差，大幅度運動易滑動，導緻信号的動态穩定性較差，且易擦傷皮膚。研究人員利用研發(fā)的三層結構超薄彈性電極作爲肌電電極，該電肌的阻抗在工作頻率範圍内(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，以及金屬電極動态穩定性較差的難題。將(jiāng)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号，并與傳統銅電極進(jìn)行對(duì)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号強了約一個數量級，顯示出了較廣闊的應用前景。

　　發(fā)展了柔性/彈性電路、高精度和可拉伸的應變傳感器

　　基于液态金屬導線，發(fā)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，複合熱導率是紙的2-3倍，提升了散熱性能(néng)，回收率達90%每分鍾，進(jìn)一步發(fā)展了紙基LED顯示等演示電路。基于彈性導體，發(fā)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；首次在低壓力探測範圍同時實現了微應力感知與數字信号輸出；發(fā)展了兼容高精度和拉伸性的彈性應力傳感器，其拉伸範圍大于100%，探測精度～0.05%，且具有優異的回複特性。

　　發(fā)展了人機交互用的運動監控演示産品

　　發(fā)展了智能(néng)手套，用于手勢的識别，并實現了手勢對(duì)機械手的遠程操控；發(fā)展了用于膝關節運動監控的智能(néng)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(jìn)行了專利布局，已經(jīng)申請專利30項(詳情參見專利推介部分)，其中發(fā)明專利23項，已授權14項，實用新型專利授權7項。獲得甯波鄞州精英引領計劃支持以及甯波鎮海-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 紙基可回收電路

圖4 智能(néng)護膝演示

　　（磁材事(shì)業部 劉宜偉 尚傑 陳斌 吳振廣 巫遠招 孫丹丹 胡超 周酉林 李潤偉）