翟文涛教授团队在超结构泡沫传感器取得新进展

       柔性压阻型传感器在电子皮肤、健康监测和运动检测等方面展现出广阔的应用价值。通常认为，压阻型传感器的压力灵敏度与传感元件孔壁之间的接触数量和导电通路的形成密切相关。然而，传统压阻型传感器通常表现为正的泊松比特性，即在纵向压缩时发生横向膨胀。由横向膨胀引起的孔壁面外弯曲行为会导致两个孔壁之间的间距增加。于是，传感器在单轴压缩时产生的压力灵敏度被横向膨胀所抵消，这严重削弱了它的灵敏度。

       有鉴于此，翟文涛教授团队开发了一种新型的双向汇聚定向冷冻铸造技术，以实现对泡沫内部的拉胀结构的可控构筑。与传统定向冷冻和随机冷冻技术不同，这种新型的设计策略能够实现孔型和孔的方向的精确控制，从而赋予合成泡沫特殊的机械性能。所构筑的泡沫表现出反常识的现象，因为其在受到纵向压缩时在发生横向收缩变形。与传统结构相比，这种具有负泊松比的超结构材料的横向收缩引发孔壁的面内弯曲，从而增加壁对壁接触点的数量和导电通路的形成，有利于强化传感器的灵敏度和传感可靠性。此外，负泊松比效应显著强化了传感器的机械弹性和耐压性，使其在大应变反复压缩的情况下也展现出优异的传感稳定性。由其集成的传感器可实现对压力分布和运动员的步态的监测。由于超结构泡沫的负泊松比效应主要来源于合成的微结构而不是材料的成分，这种具有普遍适用性的技术可以被用于设计和构建基于多样的构建单元的超结构材料以满足各种用途的需要。

图1. 超结构泡沫传感器的负泊松比特性及其工作机制。

     相关研究以题为“Ambilateral convergent directional freeze casting meta-structured foams with a negative Poisson’s ratio for high-performance piezoresistive sensors”的文章发表在CEJ上。翟文涛教授为通讯作者，中山大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。该研究工作受到国家自然科学基金、中山大学高校基本科研业务费的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140436

初审：袁湛楠

审核：田雪林、许俊卿

审核发布：李伯军