隨著物聯網和機器人技術的迅速發展，不斷湧現出各種高靈敏度、低檢測極限、快速響應的壓力感測器。然而，如何使壓力感測器同時具備優異的電學效能和機械拉伸效能仍然是該領域面臨的挑戰。
液態金屬天然具有金屬導電性以及常溫下的流動性，近年來在柔性器件領域得到廣泛應用。最近，蘇州大學的劉堅教授和聶寶清副教授團隊利用鎵銦合金，設計了一種超柔性可拉伸的電容式壓力感測器陣列，可以在在各種彎曲狀態以及極端拉伸狀態下保持良好的壓力感測效能。該論文發表於《ACS Applied Materials & Interfaces》 (DOI: 10.1021/acsami.0c04939)
該感測器由兩層嵌於Ecoflex彈性體中的液態金屬薄膜電極組成，其中頂層電極具有增加靈敏度的穹形結構。由於液態金屬較大的黏度，對於超小超薄的通道難以透過注射的方式填充，而其流動性又進一步增加了製備含三維結構器件的難度。該研究工作採用先分層加工的方式封裝液體金屬薄膜，後利用負壓創造穹形結構的方法克服了這一技術挑戰，實現了在彈性體基底上可重複地製備陣列式穹形結構的液態金屬薄膜電極。
由於感測器單元獨特的穹形結構電極，在拉伸狀態下，應變主要集中於平面薄膜部分，而非穹形突起部分，因此該感測器檢測的壓力訊號不易受到拉伸形變的干擾。同時，由於感測器的電容式感測機理以及Ecoflex良好的密封性，該感測器基本可以免疫環境因素的干擾，在各種溫度和溼度條件下保持優良的壓力感測效能。
這種穹形結構的電極可以降低在外力作用下各感測單元之間的機械干擾，因此，該感測器陣列可以對不同型別的荷載（集中/分散）進行受力分析，以推測施力物的輪廓特徵。該感測器陣列還可以用於人體姿勢的檢測。比如，不同頸部姿勢下，感測器各單元檢測到的壓力會發生變化。透過記錄不同頸部姿勢下感測器檢測到的壓力分佈狀態，可以由感測器的輸出訊號反推頸部姿勢，進而可用於對接受康復訓練的患者進行頸部姿勢的檢測，並提供及時的提醒。
該研究設計製備了一種穹形結構液態薄膜電極，以及低成本、易操作的可拉伸壓力感測器陣列，為柔性感測領域的器件製備提供了一種新的參考方案。
參考文獻：
YiqiuZhang, Sidi Liu, Yihui Miao, Han Yang, Xuyue Chen, Xiang Xiao, Zhongyun Jiang,Xinjian Chen, Baoqing Nie,* and Jian Liu*, A Highly Stretchable and SensitivePressure Sensor Array Based on Icicle-Shaped Liquid Metal Film Electrodes. ACSApplied Materials & Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.0c04939)
來源：名稱：材料科學前沿 ID：MaterialFrontiers
