液态金属软可变形传感器作为一种前沿的材料技术，在当今科技领域引发了广泛的兴趣与关注，其独特的性能使其在传感器领域拥有巨大的潜力，为医疗、机器人技术、环境监测等众多领域带来了全新的可能性。

液态金属软可变形传感器的工作原理基于液态金属的高变形能力和可塑性，使其能够实现高灵敏度的微小形变检测，同时具有可重复使用的优势。这一新型传感器的潜在应用广泛，但又面临一系列挑战，那么，它是否将成为实现科技创新的突破口？

液态金属软可变形传感器的原理

近年来，随着科技的发展对生物信号监测的需求不断增加，推动了可穿戴传感器的发展。然而，当前刚性可穿戴传感器始终面临着保形性的问题。

如人体运动时皮肤的拉伸和弯曲使得传感器很难与皮肤紧密贴合，导致难以对生物信号准确和实时监测。而柔性可穿戴传感器具有与皮肤相近的弹性模量，可以随皮肤延展而变形时，能够精确监测生物信号。柔性可穿戴传感器一般以固有柔软和可变形的弹性材料为衬底。其传感能力依赖于具有高导电性的柔性功能材料，

液态金属，也称为金属玻璃或非晶态金属，是一类具有非晶态结构的金属材料，相较于传统晶态金属，液态金属具有无定形的原子排列方式，使其具备独特的物理和化学性质。

常见的液态金属包括铌钛合金（NbTi）、锡铅合金（SnPb）等，液态金属材料因其高的表面张力和低的粘度，在外界施加力的作用下能够快速变形，并且在释放外力后能够迅速回复原状。镓基液态金属（Ga-LM）具有优异的物理化学性质，其自身高流动性、高电导率、高导热性与低毒性使它适用于多种领域，被认为是最有开发前景的柔性材料之一。

软可变形传感器是一种能够实时感知和响应外界变化的传感器，相较于硬性传感器，软可变形传感器由柔软的材料构成，可以更好地贴合和适应复杂的曲面和环境，从而实现更广泛的应用。

软可变形传感器的原理基于材料的形变响应，当受到外部力或应力时，材料会产生形变，并且这种形变能够被传感器准确地检测和测量。液态金属软可变形传感器结合了液态金属材料的特性和软可变形传感器的优势，其工作原理基于液态金属的高变形能力和可塑性。当外界施加压力或形变作用在传感器表面时，液态金属会迅速产生形变，而这种形变会导致电阻、电容、电感等传感元件的物理量发生变化，通过监测这些物理量的变化，可以精确地测量外界施加在传感器上的力、应力或变形量。

液态金属软可变形传感器的灵敏度非常高，能够实现微小形变的准确检测，此外，液态金属具有优异的可塑性，能够在形变后迅速恢复原状，从而使传感器可以被重复使用，这种特性使得液态金属软可变形传感器在许多领域具有广泛的应用前景。

液态金属向柔性传感器的新兴进展

Ga-LM与一些材料可以发生有趣的交互作用，如氧化层表面可以被某些聚合物官能团修饰改变物理化学性质、与磁性颗粒混合后可以在磁场作用下运动、与聚合物混合形成的复合材料可以增加韧性等。研究人员已经基于它的这些独特性质制备了多种多样的柔性传感器，证明了Ga-LM传感器良好的生物信号检测能力。而科学的材料搭配与结构设计将进一步改善这类器件的性能。

基于此，近期，北京航空航天大学杜轶教授课题组对Ga-LM传感器进行了综述，总结了Ga-LM在实现传感功能方面的有趣性质，以不同传感原理为依据介绍了传感器工作的原理、存在的缺陷以及目前已有的解决方法，并讨论了未来的发展方向。相关工作以“Emerging Advances of Liquid Metal toward Flexible Sensor”为题发表在Advanced Materials Technologies上。

团队首先从构建柔性电子器件的角度对液态金属的性质进行了综述，主要阐明了Ga-LM在构造柔性器件时可能用到的力、电、热、磁、光以及与人体交互作用性质。然后根据传感原理对液态金属传感器进行了分类，分析了各类传感器因传感原理而固有的性能缺陷。从结构设计的角度总结了现有的解决方案，并分析了方案的主要原理。

最后，该综述对液态金属传感器在实际应用中尚未解决的问题以及未来的研究趋势和发展提出了见解，讨论了开发高灵敏度、高集成度与长寿命的柔性传感器所面临的主要问题，并提出了理想柔性LM传感器应具备的特点。为更好地设计不同性能的LM传感器提供了参考。

文章第一作者为北京航空航天大学博士研究生秦静寒，通讯作者为北京航空航天大学杜轶教授、北京航空航天大学石岩教授及武汉理工大学任龙教授。

液态金属软可变形传感器的应用领域

液态金属基柔性电子器件在众多领域中具有广泛的需求，具体表现如下：

生理参数监测：液态金属基柔性传感器可以用于监测生理参数，如心率、血压、体温和呼吸频率等。这些传感器能够实时、准确地监测人体的生理状态，并提供重要的健康指标。运动监测：柔性传感器结合液态金属材料的可塑性和可变形性，可以实现对人体运动姿势、运动幅度和力量的监测。这对于运动员的训练优化、姿势纠正和运动损伤预防具有重要意义。

睡眠监测：通过将柔性传感器集成到床垫或可穿戴设备中，液态金属基柔性电子器件可以监测睡眠质量、睡眠周期和呼吸状况等。这有助于识别睡眠障碍和改善睡眠质量。智能服装和智能鞋垫：液态金属基柔性电子器件可以集成到智能服装和智能鞋垫中，实现对体温、湿度、压力和步态等的监测和记录，提供个性化的健康和运动指导。

虚拟现实和增强现实设备：柔性显示器件的应用使得液态金属基柔性电子器件在虚拟现实和增强现实设备中具有更好的可塑性和适应性。通过将其集成到头戴式设备中，实现更真实、沉浸式的视觉体验。液态金属基柔性电子器件在智能系统中的需求日益增加，其具有高导电性和可塑性等特性，适用于柔性电路和逻辑电子器件的制造。以下是智能系统领域的具体需求：

柔性电路和传感器网络：液态金属基柔性电子器件可以制造出高度柔性的电路和传感器网络，用于实现智能系统中的信号检测、数据传输和控制功能。柔性显示和可穿戴设备：液态金属基柔性电子器件的应用使得智能系统中的显示器件更加可弯曲、可拉伸和可变形，实现更灵活、便携的显示设备和可穿戴设备。柔性电力和能量管理：利用液态金属基柔性电子器件的高导电性，可以实现柔性电力传输和能量管理系统，为智能系统提供持续、高效的电力供应和能量管理。

柔性电子器件的应用还包括可穿戴传感器、伸缩电子产品、可卷曲电池等。这些应用的共同特点是利用柔性电子器件的高度柔韧性和可变形性，实现更加舒适、便携和智能化的电子产品设计。通过不断的研究和创新，液态金属基柔性电子器件在医疗健康、智能穿戴、电子产品等领域将有更广泛的应用前景，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。

文章来源： 小彭的灿烂笔记，藏书老王，面包夹知识