太原理工大学张东光团队 AFM：无沉降液态金属柔性仿生传感器

图 1. 仿石榴果实的 LMEP制备图及其性能表征

（a）石榴果实光学照；（b）石榴果实结构图；（c）LME和LMEP制备流程图；（d） Φ _PPs =20%时，不同液态金属体积分数下LMEP的电阻值；（e）LMEs和LMEPs的介电常数曲线图；（f） Φ _PPs =30%时，不同液态金属体积分数下LMEP的热导率 

近期， 太原理工大学机械与运载工程学院张东光团队 仿石榴果实结构（图 1a 、 b ），将聚二甲基硅氧烷颗粒（ PPs ）引入到液态金属弹性体（ LME ）中，研制出一种无沉降、低成本、低密度的液态金属弹性体（ LMEP ）（图 1c ）。 PPs 与 LM 在 LMEP 内部产生阻塞效应，避免了 LM 颗粒的沉降。同时，阻塞效应会在 LMEP 铸造过程打破 LM 颗粒之间的绝缘层，形成不需要“机械烧结”的 LMEP 导体。通过改变 LM 、 PDMS 和 PPs 的体积分数，研究了不同配比 LMEP 的力电热学特性（图 1d-f ，图 2b 、 c 、 e 、 f ）。基于此制备了柔性电容式（图 2a ）、电阻式力学传感器（图 2d ）、柔性热导体和柔性电路 ( 图 3) 。

图 2. 基于 LMEP 的传感器

（ a ） LMEP 电容式传感器示意图；（ b ）应变 - 电容变化率图像；（ c ） LMEP( Φ _LM = Φ _PPs =30%) 在不同测速下的电容变化率图像；（ d ） LMEP 电阻式传感器示意图；（ e ） LMEP 拉伸应力应变曲线；（ f ）不同应变下的电阻变化率图像

图3. 不同衬底上的LMEP柔性电路

（a）PDMS衬底；（b）Ecoflex衬底；（c）特氟龙板和特氟龙胶带

该工作以“ Segregated and Non-settling Liquid metal Elastomer via Jamming of Elastomeric Particles ”为题发表在《 Advanced Functional Materials 》上。太原理工大学 张东光 副教授 、 吴亚丽 副教授、西安科技大学 杨嘉怡 副教授为论文共同通讯作者，太原理工大学研究生 薛小婷 为文章第一作者。该工作得到国家自然科学基金的支持。

在过去两年中，团队在柔性传感器领域展开了一系列研究。针对电容式柔性压力传感器高灵敏度与大压力测量极限之间的矛盾，在弹性空腔体中加入玻璃球研制了被动阻塞干扰的压力传感器（ DOI：10.1002/admt.202100106 ），并探索了颗粒阻塞机理。制备了仿人体皮肤的双层液态金属弹性体泡沫，实现了柔性压力传感器的高动态范围（ DOI：10.1002/admt.202101074 ）。受捕蝇草感官毛出色的应力响应启发，设计了一种基于微结构和柔性填料的电容式压力传感器，提高了传感器的灵敏度（ DOI：10.1016/j.compscitech.2021.109066 ）。针对应变传感器通常无法识别法向与压向应力，设计了一种法向压力不敏感的液态金属叉指电容传感器（ DOI：10.1002/aisy.202100201）。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202210553

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