近日，東南大學化學化工學院、無錫校區張久洋教授課題組在高靈敏柔性電子材料領域取得重要進展，相關研究成果在國際頂級學術期刊《Advanced Materials》上在線發表，論文題目為“Ultrasensitive Soft Sensor from Anisotropic Conductive Biphasic Liquid Metal–Polymer Gels”。

圖1. (a-c) 高靈敏金屬-高分子復合電子器件的結構與性能; (d-j) 該電子器件應用于聲學傳感以及機器人增強感知

生活中的微振動無處不在，如聲音和環境噪音，是最常見的機械波/能量形式。這些機械微振動可以傳遞能量并傳播各種信號，能夠廣泛應用于現代工業，例如機器人、健康管理設備和人機交互。然而，極小的壓力、復雜的振動波形和高噪聲干擾性使檢測細微的振動極具挑戰性。因此，柔性可穿戴電子設備必須同時實現超高靈敏度、極低的檢測限和出色的頻率分辨率來研究細微振動中的信息。

本研究基于兩相金屬-高分子復合凝膠，成功地構建了超靈敏、各向異性導電的柔性電子器件。各向異性導電凝膠（Anisotropic Conductive Gel, ACG）具有極低的檢測下限（應變: 0.01%，應力: 3 Pa）和優異的柔韌性（斷裂伸長率：110%，模量: 342 kPa）。兩相金屬和絕緣氧化物顆粒結構帶來的局部導電性使復合材料具有各向異性導電性，這種導電網絡對外力十分敏感。因此，ACG具有極高的響應系數（GF: 12787），超過了大多數應力應變電子傳感器。更重要的是，各向異性傳感器能夠高精度地識別振動頻率，具有高分辨率和檢測精度（> 99%），可以記錄和處理包括聲音振動在內的各種復雜信號。基于巧妙的各向異性設計，本研究成功實現了超高靈敏度、超低檢測限、精確頻率識別的低成本柔性電子器件，實現了對細微振動的實時檢測。這項研究為超靈敏柔性電子器件的設計打開了新思路，推動了聲學工程、醫療保健監測、可穿戴電子和智能機器人領域的發展。

金屬-高分子復合電子材料是張久洋教授課題組的重要研究方向，主要探索金屬-高分子復合材料在柔性電子、電子器件以及電子化工基礎材料中的科學理論與應用前景。前期相關成果還發表于Matter 2023, 6, 226 – 238, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, 119, e2200223119; Matter 2021, 4, 3001 – 3014; Adv. Mater. 2021, 202104634等國際著名期刊。論文第一作者為彭燕博士；張久洋教授是論文的唯一通訊作者。該研究成果得到東南大學化學化工學院、無錫校區和國家自然科學基金（52173249, 21774020）的支持。