开发出山体滑坡预警“纤维传感器”…DGIST Park Imsanggyu 博士研究团队

by Gu Daeseon

Published 14 May.2025 10:47(KST)

Updated 31 Jul.2025 10:29(KST)

open/close

DGIST（总长 Lee Geonwoo）能源环境研究部Lim Sangkyu博士研究团队于14日表示，其已开发出一种能够实时感知山体滑坡等自然灾害的智能纤维传感器。本次开发的纤维基于将压力转化为电能的“压电”技术，通过利用三维结构大幅提升性能，并进一步实现了无需外部电源即可运行的自发电传感器系统。

压电纤维是一种在受到按压或弯折时会产生电能的材料，可用于可穿戴设备、智能纤维传感器和能量收集装置等。然而，在传统纤维结构中，虽然内部存在大量空气层，但这些空气层对性能产生何种影响尚未得到充分阐明，而且结构本身在输出方面也存在局限。

成功开发出山体滑坡感知光纤传感器的DGIST研究团队。自左起为专任研究员 Seo Hyejin、专任研究员 Hong Sunghee、专任研究员 Kim Younggwang、首席研究员 Lim Sangkyu。

研究团队开发出一种新型纳米材料——锡钛酸盐纳米棒（SnTiO₃ NR），并与高分子PVDF结合制备成压电纤维。这种纤维具有如花瓣般的八瓣截面，利用特殊针织技术将两层纤维叠加织造成三维“双Lacel”结构。该结构在纤维之间形成空气层，有助于冲击吸收、压力传递和信号放大。

采用该纤维制成的传感器，在5cm×5cm面积上施加1Nm-2的压力时，最高可产生92.8V的电压和4.13mA的电流。这一输出功率足以在无外部电源的情况下点亮22个发光二极管，能够充分驱动日常传感系统或小型电子装置，也表明仅通过改变纤维结构就能显著提升性能。与传统平面结构相比，其输出提高了2倍以上，开启了高性能智能纤维的应用前景。

此外，研究团队还利用该纤维构建了无需外部电源即可运行的、基于蓝牙的实时山体滑坡监测系统。该系统能够感知外界施加的力并通过无线方式传输数据，可广泛应用于暴雨引发山体滑坡等灾害征兆监测，以及医疗健康监测、运动记录追踪等多个领域。

Lim Sangkyu博士表示：“通过本次研究，我们明确了可提升压电纤维性能的结构性与非结构性因素，在此基础上，有望为开发能够对暴雨引发山体滑坡等各类灾害进行前瞻性应对的智能感知技术作出贡献。”

另一方面，本研究在DGIST机构固有项目的支持下开展，研究成果已于今年4月21日刊登在材料科学领域国际权威期刊《Advanced Functional Materials》在线版上。