大連海事大學徐敏義教授、鄒永久副教授團隊 Small：一種用于機械狀態監測的柔性自驅動導電海綿-硅膠基摩擦電式振動傳感器
2024-03-25 來源：高分子科技
在物聯網（IoT）和智能技術的快速發展背景下，無線分布式傳感器網絡（WSN）的廣泛應用推動了振動傳感器技術的進步。然而，傳統振動傳感器在柔性、適應性和自供電方面的局限性，使其難以滿足工業物聯網對智能化和綠色可持續發展的需求。尤其是在復雜形狀的機械部件上，如何實現高精度和連續的振動監測是一個亟待解決的問題。現有的傳感器多采用剛性材料，難以貼合曲面且無法自供電，需要頻繁更換電池或連接外部電源，這些限制增加了維護成本并降低了傳感器的實用性。因此亟需研制一種新型柔性自驅動的振動傳感技術。
該研究創新性地將硅膠和導電海綿結合在一起，設計了導電海綿-硅膠層，既有硅膠的可塑性、彈性和韌性，還有海綿的疏松多孔和可拉伸性的雙重優點，使其在柔性傳感器制造中具有顯著優勢，如制備過程簡易、成本低廉、耐久性好和拉伸性能強的等（圖1）。與當前大多數基于剛性結構的TENG傳感器相比，此設計顯著降低了對平面振動測量的依賴，解決了在復雜表面形態的安裝傳感器的難題。
本研究提出了一種新型的全柔性摩擦電振動傳感器，該傳感器能夠適應多種不同的探測表面，尤其是復雜的曲面。這一突破性設計克服了傳統剛性TENG傳感器安裝及使用的局限性，使其能夠在表面形態復雜的設備上進行有效布局和振動監測。作者創新性地將導電海綿和硅膠融為一體，發揮了二者的優勢，使傳感器具有超柔性、可拉伸，靈敏度高等優點。最后，研究團隊開發基于HF-TENG的加速度檢測平臺，通過單片機對傳感器輸出進行實時監控，實現了無線傳輸和遠程控制功能，極大地提高了監測數據的可用性和便捷性。這種傳感器不僅為機械設備的高效監測提供了新思路，也預示著在物聯網時代智能、綠色和可持續的無線傳感器系統的發展潛力。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202309759
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（責任編輯：xu）
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