柔性可穿戴电子应变传感器的研究进展

门海蛟，宋健尧，黄秉经，李建昌 （东北大学真空与流体工程技术研究中心）

摘要：柔性可穿戴电子应变传感器因可承受力学形变、质轻及实时监测等优点，是柔性电子领域的研究热点之一，本文从材料选择、器件结构、传感原理、疲劳失效及数值模拟等方面进行了综述。应变传感器的力电转化效率与寿命从本质上取决于导电网络演变和功能层/基底界面，需综合衡量材料的导电性和浸润性等属性，提高其传感性能。功能层结构分为螺旋、褶皱、编织、多孔及仿生五类。传感原理包括压阻、电容及压电式，其中压阻式分为断开机制、裂纹扩展及量子隧道效应。疲劳特性研究表明，交变应力会导致功能层屈曲、开裂及脱落。利用官能团改性、构建三维自交联阵列、引入拓扑结构及形成有序纳米晶畴可改善器件服役行为。疲劳失效模型归纳为拉、弯及扭转形式，在此基础上讨论了模型建立原则、力学本构关系及寿命预测精度。结合数值模拟和应变传递理论构建等效导电路径模型可揭示传感过程中的形态变化、应变分布及界面作用，实现对外界刺激的精准测量。下一步应从基底热力学稳定性、极端条件下服役行为、力电转换机制及穿戴舒适性等方面深入探究，为构建综合性能良好的传感器奠定基础。

关键词：柔性电子技术；应变传感器；界面效应；疲劳失效；多尺度模拟