基于柔性衬底的阵列应变传感器，能够检测极小应变并在人体表面提供高度贴合性，在健康监测、环境监控和智能生活等领域有着重要的发展前景。传统有机薄膜已被广泛应用于柔性应力传感器，它们在各种环境下的稳定性上相对较差，需要额外的封装保护，并且较大的尺寸限制了他们的集成应用。另一类，液态金属具有良好的机械性能与导电性能，然而他们长期寿命及循环稳定性面临挑战，贴身穿带存在可能的表皮刺激，且微米级的尺寸使他们传感分辨率受限。此外，对于某些传统无机材料，柔性传感器敏感层的制备往往需要材料的进一步转移，这增加了柔性应力传感的制备成本且难以实现高密度阵列化的集成。
针对这一挑战，港澳宝典资料大全港澳宝典资料大全余林蔚教授课题组基于自主创新的平面固-液-固（IPSLS）纳米线生长模式，首次实现了200℃环境下在柔性聚酰亚胺（PI）基板上直接生长形态可编程的硅纳米线，并成功集成为高性能应变传感器阵列。这项技术不仅解决了传统生长方法中难以精确设计纳米线形态和位置的问题，而且通过弹簧形状纳米线的设计，显著提高了传感器的稳定性和灵敏度。结合有限元分析（FEA）验证了弹簧形状纳米线相比于直纳米线能承受较大应变而不破裂的能力，整个系统具有更好的鲁棒性。最终制备的基于弹簧形硅纳米线的柔性应变传感器阵列，最大应变范围为3.3％（1.5 mm曲率半径弯曲），在30,000次循环后仍能保持优异性能的特点，且具有高达90的灵敏度系数（GF）以及最小的迟滞。这为先进的柔性感应和可穿戴电子设备的发展奠定了坚实的基础。此高灵敏度应变传感器阵列有望推广于：面对大面积、高灵敏、阵列化需求的电子皮肤领域，为推动可穿戴电子高性能传感提供了良好的技术路线。
图文导读
图一：弹簧状硅纳米线应力传感器示意图与有限元应力仿真
图二：台阶引导硅纳米线的生长流程、形貌表征与直接统计分布；应力传感器的阵列集成与柔性展示
图三：硅纳米线应力传感器拉伸不同比例（0 %，0.5 %, 2.0 %，3.3 %）实物图片及拉伸后相应电学性能测试
图四：硅纳米线应力传感器迟滞性能展示；硅纳米线应力传感器在气球与手指上不同弯曲比例的电流测试；阵列化测试与实时变化的柔性应变传感器电流
图五：硅纳米线应力传感器重复性测试；弹簧型硅纳米线分别在0.8 %与3.3 %比例拉伸下发生弹性形变与塑性形变
近期，该项研究成果以“Scalable integration of high sensitivity strain sensors based on silicon nanowire spring array directly grown on flexible polyimide films”为题发表于《Nano Letters》杂志上。港澳宝典资料大全港澳宝典资料大全博士后宋晓攀为论文的第一作者，港澳宝典资料大全港澳宝典资料大全余林蔚教授和苏州大学未来科学与工程学院王胜老师为共同通讯作者。该工作的开展得到了港澳宝典资料大全陈坤基教授，徐骏教授，王军转教授与苏州大学孙斌老师的支持，受到国家重点研发计划、国家自然科学基金杰出青年基金、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、江苏省自然科学基金、江苏省卓越博士后等项目基金的资助，在此一并表示衷心的感谢！
论文信息：
Scalable integration of high sensitivity strain sensors based on silicon nanowire spring array directly grown on flexible polyimide films.
Xiaopan Song1, Yang Gu2, Sheng Wang2*, Junyu Fan2, Junyang An1, Lei Yan1, Bin Sun2, Junzhuan Wang1, Linwei Yu1*
Corresponding Author: Sheng Wang, Linwei Yu
Nano letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05553 (2025)
前期相关工作：
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