💡这项突破是什么?
近日，材料学院王磊团队在液态金属倾斜传感研究方面取得新进展，相关成果以 “Gravity-mediated liquid metal redistribution in asymmetric sawtooth microchannels for tilt sensing” 为题，发表于国际材料科学期刊 Materials Horizons。该研究设计了一种基于非对称锯齿微通道的液态金属倾斜传感器，通过可控微结构调节液态金属的润湿与重分布行为，为液态传感器和柔性电子器件的结构设计提供了新的研究思路。
液态金属兼具流动性、高导电性和柔性，在可穿戴电子、软体机器人及人机交互等领域具有广阔应用前景。研究团队采用精密加工的金属锯齿结构作为模板，通过软复制构筑具有确定几何参数的PDMS微通道。液态金属注入过程中形成梯度化填充状态，当传感器发生倾斜时，重力驱动液态金属在锯齿单元内发生局域、可逆的重新分布，改变导电路径并产生稳定的电阻响应。该设计将传统液态金属的宏观流动转化为受微结构几何约束的局域界面调控过程，实现了微结构参数、液态金属润湿行为与电学响应之间的可设计关联。
实验结果表明，该传感器在完整360°旋转过程中呈现稳定的周期性响应，在−90°至+90°范围内可实现倾斜角度的唯一判定；重复0.1°角度步进能够产生可区分的电阻变化，系统表观响应时间低于0.4 s。器件在2000次连续旋转循环后仍保持稳定输出，并在30天间歇测试中表现出良好的信号保持能力。数值模拟进一步揭示了通道宽度、锯齿高度、长度、间距及数量等参数对传感性能的影响，为后续结构优化提供了理论依据。
在此基础上，团队进一步展示了该传感器在工程装备姿态监测、人体运动感知、角度编码信息传输和表面高度重建等方面的应用潜力。其中，通过建立不同旋转角度与特征电阻信号之间的对应关系，实现英文字母的信息编码与输出；同时结合三维扫描平台，构建“表面高度-倾斜角度-电阻信号”转换关系，实现了木材年轮及雕刻表面的高度映射，拓展了其在智能感知、人机交互及表面检测等领域的应用。
图1 重力驱动的液态金属重分布用于倾斜传感
该论文第一作者为材料学院2025级硕士生杨新格，王磊副教授指导了该工作，感谢北京林业大学林业资源高值化利用创新平台提供的分析测试支持。
研究工作得到中央高校基本科研业务费（BLX202343）的资助。
