在自然界中，爲了感知周圍環境變化，魚類與水生兩(liǎng)栖類動物進(jìn)化出側線傳感器，實現對(duì)周圍水流的感知、對(duì)礁石等障礙物的判斷等多種(zhǒng)功能(néng)。其中魚類對(duì)水深及振動感知的機理受到廣泛關注，因爲精準地捕獲水下深度與水下振動能(néng)夠爲水下預警、生物追蹤、水下環境探索等多種(zhǒng)水下活動的開(kāi)展提供豐富且必要的信息。近年來，柔性傳感材料被(bèi)廣泛用于集成(chéng)各種(zhǒng)水下傳感器。然而，水環境對(duì)傳感器傳感性能(néng)的負面(miàn)影響仍然存在，且基于柔性傳感材料的水下傳感器的水下深度探測範圍有限。因此，設計一種(zhǒng)具有柔性、環境穩定性、水下寬範圍深度檢測與振動感知的傳感器具有重要意義。

　　近期，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所陳濤研究員、肖鵬副研究員基于在碳基/高分子複合薄膜的構築及其柔性傳感器方面(miàn)的研究基礎（ACS Nano, 2019, 13, 4368; Nano Energy, 2019, 59, 422; Nature Commun., 2020, 11, 4359; Nano Energy, 2021, 81, 105617; Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2105323; Nano-Micro Lett.,2022, 14, 32等），受能(néng)夠感知水深及周圍振動的魚側線傳感系統啓發(fā)，開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)仿魚側線水下機械傳感器，可實現高效水下探測與振動監測。

　　本工作采用界面(miàn)功能(néng)化的方法在空氣/水界面(miàn)實現了石墨烯/Ecoflex複合薄膜的構築。其中，石墨烯片層半嵌入Ecoflex的結構賦予了該複合薄膜優異的傳感性能(néng)與穩定性，Ecoflex賦予薄膜良好(hǎo)的力學(xué)性能(néng)，薄膜整體的超薄結構賦予其卓越的附形性與自支撐性。随後(hòu)，受魚側線傳感系統結構啓發(fā)，組裝了基于石墨烯/Ecoflex薄膜的仿魚側線水下機械傳感器（LUMS）。研究發(fā)現，LUMS中的薄膜自發(fā)産生的形變程度随水壓的增大而增大，并且能(néng)夠通過(guò)調控薄膜的尺寸實現0.3～1.8m的水下深度探測。同時，LUMS能(néng)夠對(duì)來自地面(miàn)的機械振動頻率、振幅實現實時監測（例如彈珠下落、敲擊、跺腳）。此外，LUMS在感知液面(miàn)微小機械振動方面(miàn)（例如刮風、下雨、樹枝落入水中）表現出高靈敏性，并且能(néng)夠識别水下生物遊過(guò)産生的波動。總的來說，仿魚側線水下傳感器有望在水下監測、水下通信以及水下預警等領域發(fā)揮重要作用。

　　該工作以題爲“Bioinspired Adaptive, Elastic and Conductive Graphene Structured Thin-Films Achieving High-Efficiency Underwater Detection and Vibration Perception”的論文發(fā)表在Nano-Micro Lett., 2022, 14，62 。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52073295，51803226）、國(guó)家自然科學(xué)基金委中德交流項目（M-0424）、中科院前沿科學(xué)重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局（174433KYSB20170061）、甯波市科技局（2021Z127）及王寬誠國(guó)際交叉團隊（GJTD-2019-13）等項目的資助。

魚側線傳感系統啓發(fā)的自适應水下機械傳感器的示意圖與水下傳感示意圖

　　（高分子與複合材料實驗室 王琪玲）