近日，东南大学化学化工学院、无锡校区张久洋教授课题组在高灵敏柔性电子材料领域取得重要进展，相关研究成果在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》上在线发表，论文题目为“Ultrasensitive Soft Sensor from Anisotropic Conductive Biphasic Liquid Metal–Polymer Gels”。
图1. (a-c) 高灵敏金属-高分子复合电子器件的结构与性能; (d-j) 该电子器件应用于声学传感以及机器人增强感知
生活中的微振动无处不在，如声音和环境噪音，是最常见的机械波/能量形式。这些机械微振动可以传递能量并传播各种信号，能够广泛应用于现代工业，例如机器人、健康管理设备和人机交互。然而，极小的压力、复杂的振动波形和高噪声干扰性使检测细微的振动极具挑战性。因此，柔性可穿戴电子设备必须同时实现超高灵敏度、极低的检测限和出色的频率分辨率来研究细微振动中的信息。
本研究基于两相金属-高分子复合凝胶，成功地构建了超灵敏、各向异性导电的柔性电子器件。各向异性导电凝胶（Anisotropic Conductive Gel, ACG）具有极低的检测下限（应变: 0.01%，应力: 3 Pa）和优异的柔韧性（断裂伸长率：110%，模量: 342 kPa）。两相金属和绝缘氧化物颗粒结构带来的局部导电性使复合材料具有各向异性导电性，这种导电网络对外力十分敏感。因此，ACG具有极高的响应系数（GF: 12787），超过了大多数应力应变电子传感器。更重要的是，各向异性传感器能够高精度地识别振动频率，具有高分辨率和检测精度（> 99%），可以记录和处理包括声音振动在内的各种复杂信号。基于巧妙的各向异性设计，本研究成功实现了超高灵敏度、超低检测限、精确频率识别的低成本柔性电子器件，实现了对细微振动的实时检测。这项研究为超灵敏柔性电子器件的设计打开了新思路，推动了声学工程、医疗保健监测、可穿戴电子和智能机器人领域的发展。
金属-高分子复合电子材料是张久洋教授课题组的重要研究方向，主要探索金属-高分子复合材料在柔性电子、电子器件以及电子化工基础材料中的科学理论与应用前景。前期相关成果还发表于Matter 2023, 6, 226 – 238, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, 119, e2200223119; Matter 2021, 4, 3001 – 3014; Adv. Mater. 2021, 202104634等国际著名期刊。论文第一作者为彭燕博士；张久洋教授是论文的唯一通讯作者。该研究成果得到东南大学化学化工学院、无锡校区和国家自然科学基金（52173249, 21774020）的支持。