高線性類皮膚柔性傳感器研究取得系列進展

　　線性度是柔性傳感技術的核心測量能力，線性不足不僅增加了系統標定與數據解耦的復雜度，更直接影響到信號的物理可比性與測量可追溯性。

　　中國科學院重慶綠色智能技術研究院提出基于皮膚啟發的雙機制離電傳感新機理與多尺度結構調控策略，發展出高線性寬量程離電柔性壓力傳感器的可控制備方法體系。

　　團隊受到人類皮膚層狀纖維網絡與離子信號調控機制的啟發，提出“織物微結構接觸面積演化（∝P1/3）+離子濃度自適應調制（∝P2/3）”的雙機制協同模型。該機制通過耦合幾何接觸與電化學調制兩種不同的非線性效應，使整體輸出關系趨近理想線性（C∝P），從根本上突破了傳統“結構響應非線性”限制?；谶@一機理，團隊制備出新型離電式柔性壓力傳感器，在0MPa—1MPa的寬工作區間內，實現了線性度R2=0.997、靈敏度242kPa-1的性能，線性靈敏度因子（LSF）高達242000。團隊將該傳感器集成于智能鞋墊平臺，建立了步態—脛骨載荷的實時映射模型，在行走與跑步測試中實現了載荷評估誤差僅1.8%的高精度監測，相比傳統非線性傳感方案顯著提升。

　　團隊受人類皮膚“表皮剛性—真皮黏彈性—皮下柔順性”梯度模量結構的啟發，基于靜電紡絲構筑了高模量納米纖維網絡嵌入低模量離子凝膠矩陣的異質復合結構。該結構使載荷在多層路徑中被逐級調控，實現了應力的協同分散與離子遷移的受限調節。器件在1MPa的寬壓強區間內實現了近乎完美的線性高靈敏度，線性靈敏度因子達到81300，在離子型柔性傳感器中處于領先水平。

　　團隊還提出了梯度模量低漂移離電柔性傳感器的新思路：通過在離子凝膠體系中引入玻纖增強層與分層交聯結構，實現從上至下“軟—中—硬”的連續模量梯度分布，使傳感界面的應力集中得到有效釋放。該結構在高壓加載下仍能保持穩定的電—力響應關系，使柔性傳感器在多循環測試中展現出優異的信號一致性與環境穩定性。

　　相關研究成果分別發表在Nano-Micro Letters、Composites Part B: Engineering、ACS sensors上。

　　研究工作得到國家自然科學基金等的支持。