隨著我國“十五五”規劃對新一代信息技術、人工智能（AI）、高端制造與生物醫療等領域的持續布局，高性能柔性應變傳感器作為智能制造、可穿戴電子和人機交互系統的重要基礎單元，正受到廣泛關注。與傳統金屬應變片和光纖傳感器相比，柔性應變傳感器依托可拉伸基底和多尺度導電網絡，可實現更高的應變靈敏度和更好的服帖性，但同時也普遍面臨循環穩定性不足、應變-電阻關系非線性等問題。在實現高靈敏響應的同時，如何兼具長壽命、高穩定性以及寬量程內的近線性電學輸出，已成為當前柔性應變傳感器領域亟待攻克的關鍵科學與工程挑戰。
近期，中國科學院金屬研究所高性能均質合金國家工程研究中心張廣平團隊提出了一種預加載驅動雙重穩定策略。通過采用'預拉伸-預疲勞'協同預處理策略，該技術在器件成型階段即可預先誘導和鎖定結構缺陷，使缺陷轉變為可控的能量耗散與動態調節單元，從而大幅提升器件的綜合穩定性。得益于這一設計，本工作制備的柔性應變傳感器在綜合性能上達到國際領先水平：在5%應變下可實現一千萬周次的加載—卸載循環，即使在30%大應變下穩定循環次數仍可達到十萬周次；在0–50%應變范圍內不僅呈現高度線性響應（R2=0.997），且可保持較高靈敏度（GF=144）和較低檢測限，適合在寬量程、高精度場景下長期穩定工作。
該柔性應變傳感器通過對結構健康監測與人體健康監測的應用得到一體化驗證。在結構健康監測中，傳感器貼附于等剛性懸臂梁、環形構件及超薄鋁箔表面，可精準反映縮比構件彎曲與拉伸變形。在人體健康與姿態監測中，傳感器可實現呼吸節律、手指與關節彎曲等運動信號的高保真采集，并構建了基于四通道陣列和機器學習算法的無線實時坐姿監測系統，能夠區分標準坐姿和多種常見不良坐姿，姿態識別準確率約98%，展示出在智能可穿戴、人機交互和個性化健康監測等領域的廣闊應用前景。這項研究不僅提出了預加載驅動雙重穩定這一創新策略，有效解決了柔性傳感器高穩定高線性輸出的難題，且在面向AI傳感網絡構建、高可靠柔性電子器件工程化及智能健康監測系統開發等方面具有重要的應用價值。
上述研究成果以“Ultra-stable and linear flexible strain sensor tailored by a preload-driven dual stabilization strategy”為題，近期在Chemical Engineering Journal上在線發表。論文第一作者為博士研究生滿億。該工作得到了云南省科技項目的資助。
全文信息：
DOI: 10.1016/j.cej.2025.170756
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