Прорыв в области растяжимых тензорезисторов: китайские учёные создали датчик с рекордной линейностью на основе жидкого металла

Исследовательская группа представила новый растяжимый тензорезистор на основе жидкого металла, одновременно обеспечивающий три ключевых характеристики, которые прежде считалось крайне сложным совместить: высокую линейность, достаточную чувствительность и долгосрочную стабильность.

Проблема, которую решили учёные
Создание растяжимых датчиков деформации для носимой электроники, интерфейсов человек–машина и мониторинга конструкций требует одновременного достижения трёх характеристик: высокой линейности, высокой чувствительности и стабильности. До сих пор обеспечить их сочетание в одном устройстве оставалось серьёзной технической задачей — улучшение одного параметра, как правило, шло в ущерб остальным.

Конструкция датчика
Новый датчик построен на основе канала из жидкого металла, внутри которого помещена мягкая эластомерная пена, пропитанная жидким металлом, — всё это заключено в эластомерную оболочку. Пена выполняет роль управляемого «затвора»: она регулирует пути проводимости жидкого металла в зависимости от степени деформации.
В ненагруженном состоянии жидкий металл образует хорошо связанную проводящую сеть с низким сопротивлением. При растяжении связность сети снижается, а сопротивление возрастает — причём эта зависимость остаётся строго линейной в широком диапазоне деформаций.

Ключевые характеристики

Линейность: R² ≈ 0,996 в диапазоне деформаций от 0 до 120%
Чувствительность: коэффициент тензочувствительности (GF) ≈ 8
Стабильность: погрешность дрейфа ≈ 1,2% при деформации 50% за 12 часов непрерывной работы; более 10 000 циклов растяжения без деградации

Практическое значение
Исключительная линейность датчика существенно упрощает его калибровку, снижает сложность монтажа и обеспечивает точность измерений даже в условиях предварительного натяжения или при сбросе нуля. По мнению авторов, это делает датчик пригодным для широкого круга практических задач: носимой электроники, мониторинга технического состояния конструкций и систем взаимодействия человека с машиной.

Полный текст статьи доступен в журнале Advanced Functional Materials (Wiley):
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202517648