近日，記者從南開大學獲悉，該校藥物化學生物學國家重點實驗室劉遵峰、史林啟團隊聯(lián)合國內外多個科研團隊，研獲了一種大形變電阻型應變傳感器。這種傳感器在電子皮膚、可穿戴電子設備、健康醫(yī)療監(jiān)測以及工業(yè)傳感器等領域具有巨大應用前景。

    目前，國內外市場正刮起新一波可穿戴設備潮，其可用于對個人的生活和運動進行跟蹤并提供數(shù)據(jù)共享，前景廣闊，是一項在根本上改變人類醫(yī)療健康的新技術。一方面，我國人口老齡化造成醫(yī)療需求的急劇增長；另一方面，我國醫(yī)療資源供給嚴重短缺，尤其在偏遠地區(qū)。供需缺口為移動醫(yī)療帶來機遇，而移動互聯(lián)和大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展又為移動醫(yī)療的發(fā)展提供了必要條件。比如，將來，冠心病、高血壓、糖尿病等慢性疾病的患者可不僅接受藥物治療，還接受包括遠程監(jiān)測、遠程治療方案調整、生活方式管理、可穿戴式給藥在內的整體疾病管理方案。因此，對于可穿戴設備的研發(fā)，全世界的科研人員從沒有停止過腳步。在南開大學，亦是如此。

    據(jù)了解，近年來，高分子納米自組裝研究備受關注。高分子與納米粒子可以自發(fā)地形成穩(wěn)定有序的結構，形成具有新奇電、光、熱、力等功能和特性的自組裝材料。高分子與納米粒子的自組裝不僅呈現(xiàn)出豐富的形貌，而且也賦予了高分子自組裝體動態(tài)的功能。

    電阻型應變傳感器可以通過監(jiān)測電阻測量形狀變化，具有制備簡單、檢測方便、耗能低的優(yōu)勢，可廣泛應用于可穿戴設備與健康醫(yī)療監(jiān)測領域。商業(yè)化的金屬應變片作為傳統(tǒng)的電阻型應變傳感器，其測量范圍通常小于5%形變，遠不能滿足可穿戴設備的要求(人體皮膚最大形變超過50%以上)。

    常用的電阻型應變傳感器是將高分子彈性體與納米導電粉末混合起來制成復合材料。其原理是利用拉伸形變下導電粉末之間的接觸斷開，從而導致電阻增加。該方法很靈敏，但是應變與電阻變化很難成正比關系，且響應滯后，因此難以用于準確測量。

    基于以上問題，南開大學劉遵峰、史林啟團隊，制備出了一種雙層褶皺結構的電阻型應變傳感器。通過對高分子彈性體纖維預拉伸，然后在高分子彈性體表面自組裝彈性體薄層和碳納米管薄層，再釋放預拉伸。利用“釋放預拉伸”過程中的誘導作用，構建了“褶皺彈體層”+“褶皺碳納米管”的“雙層褶皺”結構，制備了大形變電阻型應變傳感器。

    據(jù)介紹，該“雙層褶皺”結構在拉伸下，褶皺之間的接觸減小，從而導致褶皺之間接觸電阻增大，材料整體的電阻在大形變范圍內(200%)隨應變呈線性增加。該傳感器可用于監(jiān)測人體運動，肢體彎曲和人體呼吸等，并表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

    近日，介紹該研究工作的論文《ABi-SheathFiberSensorforGiantTensileandTorsionalDisplacements》(用于大形變的拉伸和扭轉“雙層”纖維位移傳感器)發(fā)表于材料領域國際權威期刊《AdvancedFunctionalMate?rials》(先進功能材料)上，南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室為論文第*單位。該研究受國家自然科學基金、南開大學相關計劃等資助。

責編：鄧蕊玲