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  近年來，柔性可拉伸傳感器在人體活動和健康監(jiān)測、深度學(xué)習(xí)以及人機(jī)交互方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，受到廣泛的關(guān)注。目前，研究者主要使用硅質(zhì)的彈性體包裹導(dǎo)電材料，制備可拉伸的柔性應(yīng)變傳感器。但是該傳感器透氣透濕性差，穿著舒適性不理想，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的缺陷。另一方面，可拉伸傳感器在實(shí)際的應(yīng)用過程中，往往會同時受到壓力和彎曲變形的影響，而一般的可拉伸應(yīng)變傳感器對壓力和彎曲也會有著明顯的響應(yīng)。因此，開發(fā)一種只對拉伸應(yīng)變敏感、對壓力和彎曲形變不敏感，同時兼具優(yōu)良透氣透濕性的柔性傳感器，非常重要。

  該團(tuán)隊(duì)使用無電沉積技術(shù)制備了高導(dǎo)電性的鍍銅紗線（圖1）。通過聚合物的層層接枝共聚，在紗線表面形成可以催化置換反應(yīng)的催化劑，進(jìn)而在紗線的表面形成一種致密的微納米銅顆粒，實(shí)現(xiàn)了紗線的高導(dǎo)電性。

圖1.無電沉積技術(shù)制備鍍銅紗線.(a)無電沉積技術(shù)在紗線表面鍍銅的示意圖.(b)紗線表面的銅金屬顆粒.

  進(jìn)一步通過非常巧妙的繡花技術(shù)制備了高性能的可拉伸柔性傳感器（圖2）。首先，將一根連續(xù)的彈性線固定，而后利用繡花技術(shù)高精度的特點(diǎn)，將無電沉積方法制備的導(dǎo)電紗線相互穿套在彈性紗線上，進(jìn)而形成了一個彈性線和導(dǎo)電線相互垂直交錯的彈性導(dǎo)電織物傳感器。該織物傳感器為純纖維結(jié)構(gòu)，像織物一樣透氣透濕，利于人體代謝產(chǎn)物的排出，保證了穿戴過程中的舒適性。

圖2.織物傳感器的制備過程.(a)彈性紗線的固定.(b)繡花技術(shù)固定的線跡示意圖.(c)柔性傳感器的實(shí)物圖.(d)柔性傳感器的示意圖.

  該傳感器對拉伸應(yīng)變具有很高的敏感性，而對壓力和彎曲的響應(yīng)相對于拉伸應(yīng)變是可以忽略的，所以該傳感器可以實(shí)現(xiàn)對拉伸應(yīng)變單一輸入動作的響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜運(yùn)動狀態(tài)下完成動作精準(zhǔn)捕捉和感應(yīng)（圖3）。另一方面，傳感器在較大的范圍，具有很高的線性傳感的特點(diǎn)，優(yōu)于一些報(bào)道過的傳感器，在實(shí)際應(yīng)用過程中更有優(yōu)勢。在拉伸的過程中，導(dǎo)電紗線的相互分離，形成了數(shù)個串并聯(lián)電路，從而改變傳感器的電阻，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)變的感應(yīng)。因?yàn)閭鞲衅鞯莫?dú)特結(jié)構(gòu)，保證力學(xué)的彈性紗線和保證導(dǎo)電性能的鍍銅紗線相互獨(dú)立，避免了壓力和彎曲對傳感器的影響。

圖3.傳感器的標(biāo)定和機(jī)理探究.(a)傳感器對拉伸應(yīng)變、壓力和彎曲的電學(xué)響應(yīng).(b)傳感器的性能對比.(c-d)傳感器對拉伸應(yīng)變的傳感機(jī)理圖.(e-f)傳感器對彎曲不敏感的機(jī)理圖.(g-h)傳感器對壓力不敏感的機(jī)理圖.

  以上成果發(fā)表在以Highly Breathable and Stretchable Strain Sensors with Insensitive Response to Pressure and Bending為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。論文的通訊作者為曼徹斯特大學(xué)李翼教授和香港理工大學(xué)鄭子劍教授，第一作者為曼徹斯特大學(xué)材料系博士生劉澤堃。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202007622