做柔性電子的人都有個體感:器件做得出來是一回事,能不能拿出"動態(tài)形變下電學(xué)信號穩(wěn)定"的硬數(shù)據(jù),才是頂刊審稿人真正的關(guān)注點(diǎn)。
特別是可穿戴、可植入場景,纖維要彎折上萬次、敷料要跟著關(guān)節(jié)反復(fù)拉伸、電子皮膚要在拉伸和彎曲復(fù)合工況下持續(xù)輸出信號——這些數(shù)據(jù)的質(zhì)量,直接決定論文能不能發(fā)Nature正刊或子刊。
普通拉伸機(jī)或試驗(yàn)機(jī)有兩個痛點(diǎn):一是形變模式單一,二是沒法在形變的同時同步采集電阻/電壓/電流。這就導(dǎo)致很多課題組不得不在"做器件"和"測器件"之間反復(fù)切換設(shè)備、手動記錄,數(shù)據(jù)斷點(diǎn)多是常態(tài)。
最近幾年,在多項(xiàng)發(fā)表于 Nature 正刊、Nature Communications、Nature Biomedical Engineering 等期刊的工作中,上海冪方科技的 FT 系列柔性電子測試儀 成了不少團(tuán)隊(duì)做"形變—電學(xué)同步評價"的選擇。我們把有公開案例的幾篇頂刊工作梳理了一下,看看這臺設(shè)備到底在哪些環(huán)節(jié)發(fā)揮了作用。
1

Nature 正刊:
半導(dǎo)體纖維的上萬次彎折考驗(yàn)
中科院蘇州納米所團(tuán)隊(duì)在Nature上發(fā)表的半導(dǎo)體光電纖維工作(High?quality semiconductor fibres via mechanical design),需要對超長纖維執(zhí)行上萬次程控彎曲循環(huán),同步采集光電輸出信號,量化反復(fù)彎折帶來的性能衰減。
這類實(shí)驗(yàn)對設(shè)備的要求很明確:彎曲參數(shù)必須精準(zhǔn)可復(fù)現(xiàn)、電學(xué)采集必須與形變時間戳嚴(yán)格對齊。FT 測試儀用程控彎曲驅(qū)動模塊+電學(xué)同步采集模塊完成了這部分實(shí)驗(yàn)。

圖:半導(dǎo)體纖維器件程控彎曲循環(huán)測試,彎曲形變下光電輸出信號變化曲線
2

Nature Protocols:
10萬次彎折,容量保持率>80%
復(fù)旦彭慧勝院士團(tuán)隊(duì)在 Nature Protocols 發(fā)表的加捻纖維電子紡織品方案(Design and fabrication of wearable electronic textiles using twisted fiber?based threads),把FT2000寫進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)流程——對線狀電池執(zhí)行 10 萬次反復(fù)彎折,同步采集電容信號,驗(yàn)證循環(huán)后器件仍可保留 80% 初始電容。

圖:織物電子器件程控彎曲耐久測試,循環(huán)過程電容變化測試數(shù)據(jù)
3

Nature Communications:
剪紙結(jié)構(gòu)熱電器件的穿戴模擬
中科大團(tuán)隊(duì)在 Nat. Commun. 發(fā)表的主動熱隱身與信息顯示熱電器件(Thermoelectric device for active thermal concealment, deception and messaging),針對剪紙結(jié)構(gòu)柔性熱電器件模擬穿戴場景開展多次程控彎曲,評估動態(tài)形變條件下的工作穩(wěn)定性。FT 測試儀在這里承擔(dān)的是程控彎曲 + 電學(xué)同步采集。

圖:剪紙結(jié)構(gòu)柔性熱電器件程控彎曲條件下輸出性能測試
4

Nature Biomedical Engineering:
"關(guān)節(jié)彎曲"測試
Nat. Biomed. Eng. 上的自供電熱原電池智能工作(A thermogalvanic cell dressing for smart wound monitoring and accelerated healing),海藻酸鹽水凝膠基敷料需要模擬人體關(guān)節(jié)活動進(jìn)行程控彎曲,同步采集自發(fā)電輸出信號,驗(yàn)證反復(fù)形變下的抗疲勞表現(xiàn)。敷料在皮膚穿戴場景下的可靠性,靠的就是這一類貼近真實(shí)工況的動態(tài)測試。

圖:熱原電池敷料模擬關(guān)節(jié)彎曲形變,自發(fā)電信號輸出測試曲線
5

Microsystems & Nanoengineering:
電子皮膚的雙模傳感評價
在 Nature 子刊 Microsyst Nanoeng 發(fā)表的熱原電池水凝膠電子皮膚工作(Thermogalvanic hydrogel?based e?skin for self?powered on?body dual?modal temperature and strain sensing)中,研究團(tuán)隊(duì)配置了拉伸、彎曲多組程控形變條件,同步采集溫度—應(yīng)變雙模傳感信號,完成多組循環(huán)測試。這正是 FT 系列"多模式程控形變 + 電學(xué)同步采集 + 自動化循環(huán)"三大模塊協(xié)同的典型場景。

圖:熱原電池電子皮膚在拉伸、彎曲程控形變下傳感信號響應(yīng)測試
把上面幾個案例拆開看,對測試設(shè)備的核心訴求其實(shí)就三條:
1. 多模式程控形變
FT2000 / FT3000 支持拉伸、彎曲、彎折、扭轉(zhuǎn)四種模式。FT2000拉伸范圍0–190mm、彎曲/扭轉(zhuǎn) 0–180°/0–360°,拉伸精度 ±20 μm;FT3000 進(jìn)一步加入 0–20 N / 0–500 N 雙檔力學(xué)傳感器,可同步采集力學(xué)指標(biāo)。
2. 形變—電學(xué)同步
100 Hz 采集頻率,同步記錄電阻、電壓、電流。FT3000 的電阻量程覆蓋 10 mΩ 到 100 MΩ,電壓分辨率可達(dá) 1 μV,電流分辨率可達(dá) 0.001 μA——這意味著從高阻傳感材料到極低阻導(dǎo)電電極都能在一臺設(shè)備上完成。
3. 自動化長循環(huán)
支持100 萬次循環(huán)程序運(yùn)行,全流程自動采集,數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)出 csv 用于繪圖。這對需要"上萬次彎折""10 萬次循環(huán)"的頂刊實(shí)驗(yàn)來說是剛需。
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