液态金属装管里，“拧”成柔性可拉伸传感器

液态金属由于其表面张力、流动性及金属性等诸多特性融为一身，解决了一些传统固态金属难以解决的问题，近几年在多个领域被频频报道。从器件的制备加工方法，到3D金属打印^[1]、热门的纳米机器人^[2]，再到液态金属吞噬作用及仿生软体动物^[3-4]，创新点可谓层出不穷。

液态金属用于3D金属打印、纳米机器人、仿生软体动物等。

近日美国北卡罗莱纳州立大学的Michael D. Dickey等人在Adv. Funct. Mater. 上发表文章，将液态金属镓铟合金填充在中空的Hytrel弹性合成树脂内，制备出柔性可拉伸的电容传感器，用以感知扭转、应变和触觉等机械变化。该柔性传感器可以用于软体机器人技术、可变形电子器件、可穿戴装备等诸多领域。该文也被选为当期的内封面文章。

该文被选为当期的内封面文章。图片来源：Adv. Funct. Mater.

将两根完全填满液态金属的纤维扭曲形成的双绞线对，可用来测量扭转和拉伸形变。通过扭曲，改变传感器几何结构，进而改变电容，扭转的弧度和单位长度电容成线性关系。同样，拉伸长度也和电容成线性关系。并且具有良好的循环重复性。

两纤维双绞线对照片。图片来源：Adv. Funct. Mater.

通过线性回归计算，研究者发现大直径纤维有更好的检出限，而小直径纤维可以检测到更大范围的扭转，线性区间更宽。而将扭曲弧度对单位面积电容作图，可以发现三种直径的纤维直线接近重合。文章中的公式推导也证实这一点。

两纤维扭转传感器。图片来源：Adv. Funct. Mater.

随后，研究者又设计了三纤维触摸传感器。在三根纤维中，第一根纤维填满液态金属，第二根纤维填充三分之二的容量，第三根纤维则仅填充三分之一的容量，然后再将三根纤维紧密地缠绕在一起。在触碰不同位置时，填充液态金属的区域会产生电容变化，不填充的部分电容变化不明显。因此可以实现对触摸位置的识别，点亮不同的LED灯泡。该传感器可以实现100毫秒间隔内的电容的快速变化，实现快速触摸响应。

三纤维触摸传感器。图片来源：Adv. Funct. Mater.

视频来源：North Carolina State University

同一种纤维充入液态金属，不同的组合缠绕方式制备了不同的扭曲、应变、触摸电容式传感器。这些纤维柔软、可拉伸、体积小（直径200-800 μm），可以用于人工肌肉、软体机器人以及其他伸缩装置。该传感器不但具有较低的检出限和较宽测量范围，而且具有良好的可重复性，可以测量各种复杂的应力变形。

如果有一天，这种纤细的可拉伸纤维能够编织在织物中做成可穿戴器件，或许人们就可以手揣在牛仔裤口袋里操作手机了。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Stretchable Capacitive Sensors of Torsion, Strain, and Touch Using Double Helix Liquid Metal Fibers

Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605630, DOI: 10.1002/adfm.201605630

参考文献：

1. Adv. Mater., 2013, 25, 5081-5085, DOI: 10.1002/adma.201301400

2. Nat. Commun., 2015, 6, 10066, DOI: 10.1038/ncomms10066

3. Adv. Sci., 2017, 4, 1700024, DOI: 10.1002/advs.201700024

4. Adv. Mater., 2015, 27, 2648-2655, DOI: 10.1002/adma.201405438

（本文由小希供稿）