На днях научная группа под руководством доцента Чу Чжэньмина с физического факультета Ляонинского университета добилась значительного прогресса в области исследований гибких тканевых деформационных сенсоров. Результаты исследования представлены в статье «Multifunctional Janus-Structured Conductive Fabric with Environment-Adaptive Wettability Switching and Strain Sensing for Wearable Electronics» (DOI: 10.1002/adfm.75680), опубликованной в журнале «Advanced Functional Materials». Данный журнал относится к числу ведущих международных научных изданий в области материаловедения и физики конденсированного состояния, его импакт-фактор в 2025 году составил 19,0. Исследование выполнено при поддержке Национального фонда естественных наук Китая, Фонда естественных наук провинции Ляонин и Проекта фундаментальных научных исследований Департамента образования провинции Ляонин.

Аннотация исследования

Кожные электронные устройства, основанные на непроницаемых подложках и многослойных архитектурах, часто характеризуются низкой проницаемостью для пота и существенным механическим несоответствием между слоями, что создаёт серьёзные препятствия для обеспечения комфорта и стабильности при длительном ношении. Для решения этих проблем в настоящем исследовании был разработан многофункциональный деформационный сенсор с Janus-структурой на основе термопластичного полиуретана (ТПУ), MXene и углеродных нанотрубок. Сенсор характеризуется гидрофобной внутренней поверхностью и внешним слоем с регулируемой смачиваемостью, что обеспечивает направленный транспорт жидкости и динамическую адаптацию к изменяющимся условиям окружающей среды. Разработанный сенсор демонстрирует превосходные комплексные характеристики: диапазон регистрации деформации составляет от 0 до 150 %, коэффициент чувствительности достигает 194,575, а стабильность работы сохраняется в течение 8000 последовательных циклов испытаний. Механизм сенсорного отклика был раскрыт на основе комплексного анализа микроструктурных особенностей материала и эволюции его макроструктуры в процессе деформации, что позволило объяснить характер взаимодействия между чувствительными компонентами и проводящей сетью. Сенсор не только обеспечивает высокоточную регистрацию сигналов движений человеческого тела, но и позволяет осуществлять распознавание жестового языка с точностью 97,53 % при использовании алгоритмов машинного обучения. Кроме того, интеграция сенсора в интеллектуальную управляющую перчатку позволяет реализовать беспроводное управление роботизированной тележкой, демонстрируя значительный потенциал применения данной технологии в носимых системах человеко-машинного взаимодействия.

Информация об авторах

Чу Чжэньмин – доцент, научный руководитель магистрантов, эксперт-рецензент Национального фонда естественных наук Китая, эксперт Национального экспертного реестра по оценке и мониторингу подготовки аспирантов, эксперт Национального экспертного реестра по выборочной проверке выпускных квалификационных работ бакалавров, специалист высшего уровня города Шэньян, член Провинциальной ключевой лаборатории оптоэлектронных функциональных устройств и технологий диагностики и контроля, а также Шэньянской ключевой лаборатории физики материалов. Основные направления его научных исследований включают гибкие носимые сенсоры, нанофункциональные материалы и сверхгидрофобные поверхности и межфазные материалы. Руководил и принимал участие в выполнении более 10 проектов Национального фонда естественных наук Китая и научных проектов провинциального и министерского уровня. Им опубликовано более 30 научных статей в международных журналах, индексируемых в базе SCI, включая Advanced Functional Materials, Small, Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces и другие. Он является автором более 20 патентов на изобретения, зарегистрированных и поданных в Китае.  

Ли Хунцзинь – магистрантка набора 2023 года по специальности «Физика конденсированного состояния». Основное направление её научных исследований – разработка и изучение свойств тканевых деформационных сенсоров с Janus-структурой на основе MXene. За время обучения в магистратуре ею опубликована одна научная статья в международном журнале, индексируемом в базе SCI, и подана одна заявка на патент на изобретение в Китае.