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超高灵敏度+极宽检测范围，剑桥大学开发超级压力响应材料
近年来，由柔性聚合物基质和多功能填料组成的弹性复合材料在电子皮肤、个性化医疗系统和软机器人等领域的应用越来越广泛。其中，电阻随载荷变化的导电复合材料因其在压力传感应用中的潜力而备受关注。最近一些研究通过多孔结构设计降低复合材料的弹性模量，从而增加其在压力下的变形，进而提高压力灵敏度。然而，即便最先进的多孔复合材料也无法兼顾稳定的高压力灵敏度和宽检测范围。
为解决这一难题，剑桥大学工程系Tawfique Hasan与贠国霖带领的研究团队最近开发了一种兼具卓越压力灵敏度和极宽动态范围的液态金属多孔复合材料。这种材料基于图1所示的尖刺镍微粒和共晶镓铟液态金属微液滴组成的固-液混合颗粒网络，以及互联的微孔结构设计，实现了压力下显著的电导率提升。
图1. 液态金属多孔复合材料的制备过程
通过优化材料组分和制备方法，该复合材料在宽压力范围内表现出了显著提高的灵敏度。如图2所示，与先前的无孔复合材料相比，这种优化的多孔复合材料在1 MPa压力下表现出了七个数量级的电导率增长，并在高达8.9 MPa的大压力范围内保持了高度线性的响应，线性度R²高达0.9992。除了高灵敏度、宽检测范围和高度线性的压力响应，复合材料还在循环稳定性方面表现出色，传感性能远优于最先进的商用产品和已发表工作。
图2. 多孔复合材料的电导率-压力曲线与周期测试结果
图3的有限元数值模拟结果显示了相同压力下多孔复合材料显著的微观结构变形与导电网络增强。仿真结果与实验数据相互印证，揭示了多孔材料卓越灵敏度的成因。
图3. 多孔复合材料的压力感应原理与仿真
为直观展示该复合材料的传感性能，研究人员基于其开发了压力传感器阵列。该传感器阵列具有自校准功能，在长时间循环载荷后仍保持稳定的传感性能，优于现有商用压力传感器。
图4. 多孔复合材料在压力传感器阵列中的应用
（视频展示了传感器阵列的自校准和动态响应压力分布检测。）这项研究为可穿戴设备、柔性电子产品和软机器人中高灵敏度压力传感器的应用开辟了新的可能性。该多孔复合材料的卓越性能有望推动柔性传感器领域的技术发展和应用创新。