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納米能源所潘曹峰課題組 AMT：基于微裂紋傳感陣列的平面應變分布智能監測系統

2022-08-17 來源：高分子科技

北京納米能源與系統研究所潘曹峰研究員及鮑容容副研究員設計了一種基于微裂紋傳感陣列的柔性智能應變監測系統。該系統集信息采集、信息處理、實時顯示于一體，可以直接監測被測物體的空間應變分布。

由于人工智能和物聯網技術的高速發展，柔性應變傳感系統在個性化監測領域具有廣闊的應用前景。針對柔性應變傳感系統在大面積實時復雜監測領域的應用需求，北京納米能源與系統研究所潘曹峰研究員及鮑容容副研究員設計了一種基于微裂紋傳感陣列的柔性智能應變監測系統。該系統集信息采集、信息處理、實時顯示于一體，可以直接監測被測物體的空間應變分布。

該系統主要由多個傳感模塊組成，在不同方向上緊密貼合被測物體表面來感測施加在物體上的應力的大小、位置和具體形態。單個傳感模塊包括一個新型的柔性四通道應變傳感陣列和一個相對應的柔性信號處理電路板。傳感陣列是由具有良好附著力和低楊氏模量的超薄PDMS彈性薄膜作為襯底、拉伸后具有平行微裂紋結構的金屬薄膜作為傳感層，共同組成的兩層、四通道超薄PDMS-Ni/Au傳感陣列。利用超薄微裂紋金屬薄膜傳感器制備技術和分層結構設計制作的柔性應變傳感陣列對微小應變或振動具有良好的檢測能力，靈敏度因子可達4500，機械穩定性近2000次，響應時間約25ms，檢測極限僅為0.02%。由于雙層結構設計，該傳感器陣列可同時精確檢測橫向和縱向的所有應變，滿足了對微小應變全方向測量的要求，改善了傳統微裂紋傳感器只對裂紋垂直方向的應變敏感的缺點。相對應的柔性信號處理電路板以PI為基底材料，厚度僅為0.1mm，可與傳感陣列緊密貼合使系統具有更好的適應性和靈活性。再結合通信模塊和顯示軟件設計，最終實現了一個集傳感陣列、測量電路、顯示和存儲設備為一體的柔性智能應變監測系統。該系統可以出色地完成指尖、尺子和吹風機對傳感模塊所在表面施加的點、線、面的應變的實時監測，并準確地模擬出應變的空間分布和強度變化，還可以做成可穿戴器件貼在人的后背上對含胸駝背等的人體形態進行實時判斷和監測，這對矯正坐姿、預防近視眼等的人體健康可穿戴設備也有參考價值。與此同時，該智能傳感系統還具有低功耗、集成度高、應用靈活性高的優勢。此外，通過改變陣列中傳感模塊的數量，可以大倍率擴展監測面積，有極強的實際應用潛力。例如在航空航天領域中，實現針對形變非常微小、感測面積卻很大的柔性薄膜太陽能電池板的結構/損傷監測任務等。相關論文在線發表在Advanced Materials Technologys上。

論文信息：

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

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202200386

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（責任編輯：xu）

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