應力傳感器是把外部機械刺激轉換成電阻變化輸出的一種新型傳感器，其在人體運動檢測、人體健康監測、機器人等新興應用領域中具有重大的應用前景。衡量應力傳感器性能有兩個重要指標，一個是感應靈敏度，另一個是工作形變范圍。近日，南開大學梁嘉杰課題組首次利用了三種低維納米材料的協同效應，很好地解決了應力傳感器中高靈敏度與大工作形變的矛盾，極大的提高了應力傳感器的器件性能。該傳感器可通過簡單的、低成本的絲網印刷技術制備。相關成果發表于《先進功能材料》，材料科學與工程學院梁嘉杰教授為通訊作者。

“傳統的應力傳感器中，如果要實現高的靈敏度就必須利用堅硬的脆性的材料，而想保持大的工作形變范圍就需要用到具有優秀柔性或彈性的材料，兩者間的矛盾一直成為應力傳感器發展的重要難題。”梁嘉杰介紹，由于材料結構的限制，傳統的應力傳感器難以同時具有高的靈敏度以及大的工作形變范圍。梁嘉杰課題組設想能否利用多種納米功能材料的協同效應，通過在剛性的具有層狀結構主體材料中引入摩擦系數低的客體材料來提高主體材料的柔性，以此解決這個困擾科學家很長時間的難題。

基于此設想，梁嘉杰課題組利用三種低維材料的協同效應——零維的富勒烯，一維的金屬銀納米線，以及二維的氧化石墨烯，制備出一種三元納米復合材料。其中，一維的具有線狀結構的銀納米線提供優異的導電性，二維的具有片層結構的氧化石墨烯提供材料的脆性以及可滑移的層狀結構，零維的球狀的富勒烯具有潤滑性，可以降低材料的內摩擦，使得層狀氧化石墨烯可以滑移。同時，該新型的應力傳感器可以通過印刷法一步打印成型，具有重復性好，制備過程簡單等優勢，為實現真正的產品化提供很好的材料基礎。

該課題組還把該新型的可穿戴的應力傳感器穿戴在人體不同部位，用于全范圍的人體運動的檢測中，其中可以檢測人手腕上由于脈搏跳動引起的微小的皮膚運動變化，并且把人體脈搏跳動的3個特征峰清晰的檢測出來；同時，穿戴在頸部喉嚨位置，可以清楚的檢測出人體聲帶發聲并辨認出不同的音節變化；此外，具有大形變的人體關節運動變化也能檢測出來。

梁嘉杰介紹，該傳感器可以在很大的工作形變范圍內保持很高的響應靈敏度，同時還具有響應速度快，信號重復性好，工作穩定性高等優點。目前正在積極對接協調，推動該應力傳感器在與人體運動檢測和人體健康監測相關的可穿戴設備中得到應用。