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电子皮肤研究领域最新成果:中科院物理所成功研制新型柔性高性能应变传感器


时间:2017-10-17 作者:寂寂
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仪商讯:近日,中国科学院物理研究所最近成功研制出一种新型柔性高性能应变传感器——非晶合金皮肤。此项举动标志着我国电子皮肤研究领域向前迈进了一大步,同时也为非晶合金材料的应用开辟新的途径,有望推动电子皮肤的早日实际应用。

(a)金属合金皮肤的光学照片。
(b)XRD和TEM表明它的无序原子结构。
(c)“透明”的非晶合金皮肤。
(d)非晶合金皮肤的透光率随厚度的变化。

金属合金是人类最早并且至今仍在日常生活中使用最广泛的材料之一。然而,晶体金属合金的弹性极限范围很小,一般金属合金材料的弹性极限远小于<0.5%,这是金属材料应用在电子皮肤领域最大的短板。快速急速冷却是制备新型合金材料的现代方法,这种方法可以将金属液体无序的原子结构保留下来,得到的非晶合金材料可以极大地提高其弹性极限范围, 高达>2%, 是一般合金材料的几十倍。 非晶合金又能将金属优良的导电性也较好地保留下来。新型柔性高性能应变传感器——非晶合金皮肤,便是基于非晶合金材料的这些特性被研发出来的。

早在20世纪70年代,电子皮肤的概念就已经出现在很多科幻作品中。与此同时,科学家也开始对电子皮肤不断进行探索。然而,现有的应变敏感材料,由于导电性差、能耗高、制作工艺复杂、成本高等缺点,极大地限制了电子皮肤的实际应用。所以,寻找新型应变传感材料迫在眉睫。

在对中国科学院物理研究所研制的新型柔性高性能应变传感器进行的压阻效应测试中,验证了非晶合金皮肤保留了金属材料高电导率(>5000 S cm-1)、而且电阻与应变之间有完美的线性关系、稳定性好并有极小的电阻温度系数(9.04×10-6 K-1),明显的抗菌性等特点。同时,与传统晶态金属材料相比,弹性范围有很大的提高(室温下的理论弹性极限为4.2%)。此外,非晶合金皮肤是通过离子束溅射方法将ZrCuNiAl等非晶合金薄膜直接生长在柔性塑料(PC)衬底上得到的,备方法简单,制造成本低,柔性好(弯曲角>180),通过对薄膜厚度的调控可以视觉上变得“透明”的特性。非晶合金柔性应变传感器的这些独特性质,很好地解决了电子皮肤领域上的材料、制作工艺及成本的难题,将有望有望推动电子皮肤的早日实际应用。






 


关键词:传感器 电子皮肤 非晶合金材料    浏览量:502

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