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  近期，中科院固體所費廣濤研究員課題組在柔性應變傳感器的制備及力敏特性研究方面取得新進展，相關研究成果以Flexible strain sensor with high performance based on PANI/PDMS films為題發(fā)表在Organic Electronics (Organic Electronics, 47 (2017) 51-56)雜志上。 

  隨著科學技術的快速發(fā)展，傳感器在生物醫(yī)學檢測、智能機器人、柔性顯示、可穿戴設備等領域得到了廣泛的應用，這些領域往往需要傳感器具有可彎曲、可拉伸的特點，能夠滿足貼附在各種不規(guī)則的表面上的需求。此外，一個好的應變傳感器還應具有高靈敏度(GF)、低電阻值的特性。GF太低意味著傳感器探測應變時由于變化量小容易出現(xiàn)信號誤差，電阻值過大意味著需要配備高精密且昂貴的測試儀器。 

  目前研究的柔性應變傳感器敏感材料通常有兩類：一類是以銀、碳管、石墨烯等導電材料為應變敏感材料的傳感器，該類傳感器具備低的電阻值，同時GF也很低；另一類是以半導體材料為應變敏感材料的傳感器，該類傳感器具備高的GF，但是電阻也很高。這兩類傳感器在商業(yè)應用中都受到了一定的限制。因此，設計一種電阻低、GF高的柔性傳感器迫在眉睫。 

  聚苯胺(PANI)是一種導電高分子材料，經質子酸摻雜后的電導率處于金屬與半導體之間，并且可以隨著酸摻雜濃度而改變，因此將聚苯胺與彈性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)結合有望達到電阻低、GF高的要求。基于此，課題組宮欣欣博士和方明副研究員等采用PANI為導電層，PDMS為彈性層制備了PANI/PDMS復合薄膜柔性應變傳感器，并對該傳感器的性能進行了研究。實驗結果表明，PANI/PDMS復合薄膜傳感器具備一定的柔性(圖1)，可以拉伸至50%的應變量，GF值最高可以達到54，遠高于其它材料構筑的柔性應變傳感器，同時具備優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性(圖2)，在監(jiān)測人體活動中具備潛在的應用前景(圖3)。

圖1 聚苯胺的數(shù)碼相機照片。

圖2 PANI/PDMS薄膜傳感器的應變特性測試。不同應變條件下(a)電阻的相對變化量；(b)靈敏度GF的計算值；(c)傳感器的電流響應曲線 

圖3 傳感器監(jiān)測手指活動的電流響應曲線。插圖分別為手指彎曲I、II、III、IV四個狀態(tài)的照片。

  以上工作得到國家重大科學研究計劃課題和多項國家自然科學基金項目的資助。

  論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119917301921