高倍扫描电子显微镜(SEM) g球图像。图片来源:苏塞克斯大学

　　该传感器由英国萨塞克斯大学材料物理小组开发，其拉伸应变比目前市场上的应变片高80倍，电阻变化比研究开发中最敏感的材料高100倍。

　　研究团队认为，这些传感器可以为测量病人生命体征的可穿戴技术以及监测建筑物和桥梁结构完整性的系统带来新的灵敏度。

　　g球放在小玻璃瓶里的照片。每个球都有一个柔软的聚二甲基硅氧烷(PDMS)核心，并涂有微观石墨烯薄片。图片来源:苏塞克斯大学

　　萨塞克斯大学数学与物理科学学院的马库斯·奥马拉说:“下一波应变传感技术使用弹性材料，如橡胶，并加入石墨烯或银纳米颗粒等导电材料，到目前为止已经发展了十多年。”

　　“我们相信这些传感器是向前迈出的一大步。与科学文献中提到的线性和非线性应变传感器相比，我们的传感器显示出有史以来最大的电阻绝对变化。”

　　苏塞克斯大学实验物理学教授艾伦·道尔顿说:“这项有前景的技术可能在医疗保健、运动表现监测等既定领域以及软件机器人等快速发展的领域特别有用。”

　　“我们的研究开发了廉价、可伸缩的健康监测设备，可以进行校准，以测量从人体关节运动到生命监测的一切。多个设备可以在患者全身使用，通过无线连接和通信，提供实时的移动健康诊断，而成本只是目前的一小部分。”

　　这篇发表在《高级功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志上的新论文详细介绍了将大量石墨烯纳米片以一种有结构的、可控的方式整合到PDMS基质中的过程，从而获得优异的机电性能。

　　作者说，该方法有潜力推广到广泛的二维层状材料和聚合物基质。在所有测量的负载水平下，传感器提供了大大增强的电导率，没有明显的渗漏阈值。

　　商业测量设备的灵敏度和应变范围相对较低，测量系数在2-5之间，最大应变小于或等于5%，导致电阻增加小于25%，妨碍了身体运动监测所需的高应变传感。

　　新的传感器能够检测不到0.1%的应变，由于其较高的测量因子~20，和高达80%的应变，其中指数响应导致电阻变化因子超过100万。

　　这使得脉冲mo的高灵敏度低应变传感测量记录电阻变化引起的胸部运动和关节弯曲的高应变。

　　拉伸和扭曲超灵敏应变传感器。图片来源:苏塞克斯大学

　　苏塞克斯大学材料物理研究员Sean Ogilvie博士说:“商业应变传感器，通常是基于金属箔的传感器，比灵敏度和应变范围更注重准确性和可靠性。由于具有弹性，纳米复合材料是具有吸引力的下一代应变传感器的候选材料，但由于纳米尺度下聚合物的液体性质，导致其迟滞和蠕变等非线性效应，这使得精确、可重复的应变读数成为一个持续的挑战，阻碍了工业上的广泛采用。

　　“我们的传感器进入一种重复的、可预测的模式，这意味着尽管有这些影响，我们仍然可以准确地读出压力。”

　　这项工作是在美国橡胶公司Alliance的支持下完成的。

　　Alliance的销售和市场副总裁Jason Risner说:“Alliance在创新方面有着悠久的历史，对于我们来说，在使用石墨烯等颠覆性纳米材料的前沿橡胶技术中发挥积极作用至关重要。我们与苏塞克斯大学的艾伦·道尔顿教授这样的科学领袖合作至关重要。

　　“我们很高兴看到我们的合作可能带来的产品。石墨烯是一种可以彻底改变我们生活的惊人材料。我们公司很自豪能站在如此新事物的前沿。”

　　参考文献:《石墨烯稳定的硅树脂乳液实现的超灵敏应变仪》，作者:Marcus A. O’mara、Sean P. Ogilvie、Matthew J. Large、Aline Amorim Graf、Anne C. Sehnal、Peter J. Lynch、Jonathan P. Salvage、Izabela Jurewicz、Alice A. K. King和Alan B. Dalton, 2020年6月4日，高级功能材料。DOI: 10.1002 / adfm.202002433