一种用于复合结构运动解耦的高延展性三通道光纤

《Nature Communications》：A highly stretchable tri-channel fiber for composite motion decoupling

　　

摘要

纤维电子技术在多种应用领域展现出巨大潜力，包括电子皮肤、人机界面以及智能传感系统。然而，可拉伸的纤维基应变传感器在复杂变形条件下，要同时实现出色的机械耐久性、宽范围的线性响应以及有效的复合运动解耦，面临着诸多挑战。在此，我们介绍了一种高度可拉伸的三通道纤维，该纤维具有同心圆状和双螺旋结构的微通道，并结合了基于镓的液态金属，从而构建出一种能够解耦伸长和扭转变形这两种复合运动的双应变纤维传感器。螺旋结构有助于聚合物链呈现三维排列，进而有效提升传感器的可拉伸性和循环耐用性。由于纤维内部的特殊结构，该传感器对拉伸应变具有高度线性的响应，同时在较宽的工作范围内还能检测双向扭转应变。此外，通过将几何变形与混合电阻-电容传感机制相结合，该传感器能够同时监测并解耦拉伸和扭转这两种复合运动行为。这一策略有助于精确描述物体的运动和变形状态，为实时健康监测和运动跟踪应用提供了重要前景。