在柔性电子与智能感知技术飞速发展的当下，高精度、高可靠性的柔性应变传感器已成为人机交互、健康监测及软体机器人等前沿领域的核心感知元件。然而，受限于其轻薄柔软的物理特性，传统柔性传感器难以隔绝外部环境的热扰动，对环境温度波动极为敏感，严重的信号漂移与测量失准已成为制约其迈向实际应用的关键瓶颈。当前主流的异质材料复合补偿策略，在长期稳定性和协同可靠性方面面临根本性挑战。如何从材料本源出发，赋予柔性传感器以本征的温度稳定性，实现其在复杂热环境中“我自岿然不动”的精准感知，是全球研究者亟待攻克的核心课题。
近期，厦门大学郑高峰教授团队在Nano-Micro Letters上发表了题为Temperature Immune High Entropy Alloy Flexible Strain Sensor on Electrospinning Nanofibrous Membrane的研究成果。该工作提出了一种基于高熵合金本征温度稳定性机制的新型器件设计策略，通过电纺直写和静电纺丝技术，成功实现了FeCoNiMnZn高熵合金与聚合物的纳米尺度复合与精准图案化，制备了具有温度稳定性的柔性应变传感器。此项工作为实现适用于复杂热环境的、具备本征热稳定性的柔性应变感知开辟了全新的技术路径，为下一代智能机器人、可穿戴设备及人机交互系统的发展提供了关键的器件基础。
该工作利用高熵合金独特的严重晶格畸变与化学无序特性，实现从物理源头抑制了电阻的热致漂移。同时，电场诱导的纤维成型过程保障了多组元在纳米纤维中的均匀分布，形成了兼具优异柔韧性与稳定导电网络的复合结构。实现了宽温域范围下的本征电阻稳定和应变信号检测(图1)。
图 1 温度免疫高熵合金应变传感器的制备原理及应用研究。
电纺直写与静电纺丝结合，实现高熵合金纳米纤维图案沉积与基底制备，完成器件集成，如图2(a)所示。电场诱导极化有效避免了多金属元素的成分偏析，随后经热处理在纤维内部形成均匀稳定的高熵合金相(图2b)，最终通过电极封装完成器件制备。相关微观结构示意图在图2(c)-(f)展示。
图2 传感器制备工艺及微观形貌表征。
得益于高熵合金多主元的强晶格畸变效应与化学无序特性，图3(a)~(c)，抑制了电子-声子的弹性散射，从物理源头抑制了电阻的热致漂移，从而表现出显著低于单一主元纤维的电阻温度系数和优异的热稳定性，其电阻温度系数(TCR)达到45.59ppm/K，图3(e)~(f)。电纺直写制造了具有回转结构的应变传感器，实现了灵敏系数的可控，图3(d)，图3(g)~(i)。
图3 高熵合金纤维的晶体结构表征及低电阻温度系数特性。
FeCoNiMnZn高熵合金应变传感器在宽温域(-10℃–70℃)及大应变(50%)下均表现出卓越的稳定性与可靠性。其在30%应变下经历6000次循环后性能衰减可控，显示出极佳的环境稳定性。传感器响应迅速（上升/下降沿310ms/350ms），并具备GF=1.12的灵敏度。这些特性使其在复杂温度与循环加载场景中具有突出应用潜力(图4)。
图4 高熵合金应变传感器和温度稳定性和应变性能
图5展示了该柔性应变传感器在可穿戴健康监测中的应用。传感器凭借轻质、柔韧与高贴合特性，紧密附着于人体手腕、颈部、肩部、膝关节、肘部、踝关节及指关节等多处动态部位，图5(a)-(g)。通过实时监测关节弯曲引起的电阻变化，传感器能清晰区分不同关节的运动幅度与角度，并在10 ℃至30 ℃的环境温度波动下保持信号趋势与幅值一致，无基线漂移。结合光学与红外热成像(图5h)，进一步验证了其在真实穿戴场景下的可靠性与热稳定性，为复杂热环境中人体运动状态的实时、稳定监测提供了可行方案。
图5 应变传感器在可穿戴系统中的应用
图6展示了该柔性应变传感器在机器人手抓取操作中的应变检测应用。系统将传感器贴附于机器人手指关节(图6a)，通过在10℃、30℃及50℃环境温度下重复抓取同一物体，测试其信号稳定性。结果显示，各关节传感器的具有极低误差，且信号重复性良好(图6b)。在动态温度变化实验中，抓取与释放对应的电阻峰被精确捕捉，信号清晰稳定，无明显漂移或畸变(图6c)。这表明传感器在复杂温度环境下具有优异的温度不敏感性与环境适应性，多变热工况下的高精度、低功耗应变监测提供了可靠的技术支持。
图6 应变传感器在机械手应力检测系统的应用
结论：
本研究利用电纺直写和静电纺丝技术，首次将高熵合金体系引入柔性应变感知器件，实现了在−10℃至70℃宽温域下电阻温度系数仅为45.59 ppm/K、6000次循环稳定性和50%大应变适应性等优异性能，从而实现了稳定输出的应变感知。通过合理调控材料组成与微观结构，有效削弱温度扰动对传感信号的影响，为柔性传感器在复杂热环境中的可靠应用提供了新的设计思路。
该项研究工作得到了国家自然科学基金（52575458, 52405424, 52275575）、福建省科技计划项目（2024J010011, 2024H0002）的资助。厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院郑高峰教授和张陈涛助理教授为共同通讯作者，厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院李文鑫和厦门大学物理科学与技术学院杜贤若为论文第一作者。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-02033-3
