近日，南方科技大学材料科学与工程系郭传飞教授和力学与航空航天工程系杨灿辉助理教授研究团队合作开发了一种无漂移柔性压力传感器，解决了这类器件难以精准测量静态压力的普遍性难题，相关论文以“Creep-free polyelectrolyte elastomer for drift-free iontronic sensing”为题发表在Nature Materials期刊上。

柔性压力传感器可将压力转化为电信号，在机器人触觉、虚拟现实以及可穿戴设备等领域有重要的应用价值。但由于软材料存在蠕变现象，现有的柔性压力传感器普遍存在明显的信号漂移问题。特别是“离-电型”柔性压力传感器中——一种具有极高灵敏度的器件，其中离子凝胶的漏液现象更是加剧了传感器的信号漂移。因此，柔性压力传感器往往“测得灵敏”，但“测不准”，无法用于静态或准静态压力的精准计量，使得这种器件在诸多领域无法替代传统的硬质传感器。

针对上述挑战，研究团队从材料的分子结构入手，制备了一种无漏液、低蠕变聚电解质弹性体，有效地抑制了离-电型柔性压力传感器的信号漂移（图1）。这种材料是一种共聚物，包含有带电的分子链段以及不带电的可滑中性链段。前者把阳离子束缚在分子链上，以网络弹性阻碍离子的向外扩散，有效避免离子泄露；后者可有效降低分子链之间的静电吸引和机械缠结，大幅降低材料的蠕变。在上述分子结构的基础上，团队提高交联密度，进一步降低了材料的蠕变。

研究结果表明，基于这种聚电解质弹性体的离-电型柔性压力传感器在500kPa的高压载荷下工作48小时，信号的漂移量低于1%，展现出了优异的抗漂移性能。该压力值（P）和材料的弹性模量（E）较为接近。研究团队以无漂移最大压力和弹性模量的比值P/E为标准，发现基于这种聚电解质弹性体的传感器的P/E值比已有的传感器高两个数量级以上。

图1. 无漂移柔性压力传感器的原理、材料和器件性能

研究团队将这种无漂移柔性压力传感器集成到机械手上进行物体抓取，实现了高压下对重物的稳定抓握（图2）。相比之下，传统的柔性压力传感器由于存在信号漂移问题，导致机械手错误判断抓取力的大小，出现了物体滑落或目标物体被抓破等安全性问题。

图2. 无漂移柔性压力传感器在机械手抓握操作中的应用

南方科技大学力学与航空航天工程系博士研究生何耘丰和材料科学与工程系博士研究生程雨为该论文的共同第一作者，郭传飞教授和杨灿辉助理教授为该论文的共同通讯作者，南方科技大学为该论文的唯一单位。该研究得到了国家自然科学基金、广东省科技厅和深圳市科创局的支持。