第一作者：：：胡凤鸣
通讯作者：：：罗坚义、、陈智明
通讯单位：：：壹号娱乐APP应用物理与质料学院、、柔性传感质料与器件研究中心；；中南大学教育部交通运输工程学院交通清静轨道重点实验室；；壹号娱乐APP轨道交通学院；；壹号娱乐APP轨道交通智能制造学部；；壹号娱乐APP-广东天物新质料科技有限公司柔性传感手艺联合实验室
配景介绍及内容概述
随着天下各地高速列车的开展，，列车的速率一直突破纪录，，空气动力学问题变得越来越严重。。。高速列车的空气动力学问题包括空气阻力、、空气横向力、、两列列车相遇爆发的气压脉冲、、隧道压力波等，，极大地影响了列车的运行清静和乘客的乘坐恬静性。。。为了包管列车的清静运行，，必需增强空气动力学试验和剖析。。。因此，，气压传感器作为空气动力学测试的主导工具，，有望具有超薄、、目的线性规模内的高迅速度、、情形稳固性和机械鲁棒性等综合特征，，以确保实时准确监测列车在重大卑劣情形中的空气动力学信息。。。现在用于高速列车空气动力测试的气压传感器基于微机电系统(MEMS)，，它集成了纳米级和微米级尺寸的电气和机械组件。。�？⒊隼吹�MEMS压力传感器，，具有体积小、、迟滞低、、信噪比高、、功耗低、、与电路集成能力强等优点。。。由于这些优点，，基于MEMS的压力传感器普遍应用于消耗电子、、医疗装备、、航空航天和轨道交通，，但与航空航天相比，，轨道交通有其自身的空气动力学特征，，如列车长径比大、、列车与地面耦相助用强、、列车穿越种种桥梁和隧道、、两列列车在开放线路上的交织口或在隧道中，，以及在风、、雨或雪中运行的火车。。。这些空气动力学特征在列车外貌气流场上呈现出差别的压力幅度，，期望在目的线性规模内具有高迅速度的响应传感器。。。然而，，基于简单类型 MEMS的压力传感器往往具有简单的事情规模，，其线性规模难以调解。。。别的，，基于MEMS的压力传感器通常制造为600-1000μm的厚度，，这对列车的外貌气流场造成了不可忽视的影响。。。同时，，传感器必需具有高可靠性才华在卑劣情形中举行丈量，，而基于MEMS 的压力传感器不可靠的原因有多种，，包括机械攻击、、过载、、应力侵蚀开裂、、质料疲劳和使用情形的污染（如尘�？帕：：：退危�。。。这些常见的故障机制也阻碍了应用于高速列车空气动力学测试的新兴柔性气压传感器。。。因此，，只管每年都有大宗基于 MEMS 的压力传感器被设计和制造，，但现实上只有一小部分乐成地应用于汽车系统、、高速列车的空气动力学领域。。。因此，，开发一种超薄、、在目的线性规模内具有高迅速度、、防水并且对高速列车的空气动力学测试具有抗攻击性的可靠气压传感用具有显着的挑战性。。。
鉴于此，，壹号娱乐APP物院柔性传感研究中心罗坚义团队针对高速列车的空气动力学测试，，提出了一种高可靠的超薄气压传感器。。�；；谔枷宋�的横向压敏特征，，构建了一个密封微腔结构模子，，用于传感器获取气压信号。。。传感器的线性规模可以通过密封微腔的初始内部压力举行调解，，以获得目的规模内的高迅速度。。。别的，，密封微腔结构的传感器可以在水中事情至少500分钟，，纵然在受到汽车撞击后也能坚持事情，，这说明该传感器同时实现了优异的防水和抗攻击性能，，证实晰该传感器的高可靠性。。。我们通过将该传感器乐成应用于列车空气动力学监测，，进一步证实晰这种可靠性。。。这种基于碳纤维束和密封微室结构的气压传感器在高速列车空气动力学测试中具有很大的应用远景。。。本文以“Waterproof, Anti-Impacted, and Ultrathin Carbon-Based Air Pressure Sensors Toward Aerodynamic Tests on High-Speed Trains”为题揭晓在Advanced engineering materials期刊，，并被该期刊选为封面论文。。。
图1 封面论文
图2 面向高速列车空气动力学测试的碳基柔性气压传感器 a)柔性超薄气压传感器结构示意图；；b)柔性超薄气压传感器的事情原理。。。
论文详细内容
图3 柔性超薄气压传感器的线性规模调理机制 a)微腔室内初始气压的三种典范控制模式；；b)在三种典范模式下，，气压传感器线性规模的预测情形；；c)在三种典范模式下，，气压传感器响应区间的现实丈量。。。
图4 气压传感器的传感性能 a)气压传感器对气压响应的电阻转变率。。。b）加载-卸载的恢复试验。。。c)在130个循环中重复加载-卸载时器件电阻转变率的实时转变。。。
图5 防水、、抗攻击特征试验 a)在去离子水中事情的柔性超薄气压传感器；；b)重复加载-卸载时水下传感器电阻转变率的实时转变。。。c)柔性超薄气压传感器抗攻击试验照片；；d)柔性超薄气压传感器在被车轮碾压时的特写摄影；；e)人手指按压时柔性超薄气压传感器的特写摄影；；f)柔性超薄气压传感器在人指按压和汽车碾压条件下电阻转变率的实时转变。。。
图6 列车空气动力学试验的丈量装置 a)列车传感器结构的侧视图和俯视图；；b）2号车架上传感器的现实结构；；c)列车外外貌传感器的特写摄影，，以及传感器轮廓中的光学显微镜图像。。。
图7 列车空气动力学试验 a)列车蹊径图；；b)列车速率和R2测试点外貌压力的实时转变。。。
总结与展望
本文开发了一种防水、、抗攻击、、柔性超薄气压传感器用于高速列车空气动力学测试。。。该传感器基于碳纤维束传感质料和密封微腔结构，，使得传感器能够调理其线性规模，，从而在目的规模内实现高迅速度。。。该传感器迟滞小，，且具有动态耐久性，，在130次加卸载循环后，，其电阻转变可以忽略不计。。。别的，，该传感器在完全浸泡于去离子水中坚持优异的动态耐久性，，并在被一辆重1550 kg的汽车碾压后坚持完好，，批注其防水和抗攻击的性能。。。最后，，该传感器通过在列车外貌压力实时监测中的乐成应用，，展示了其在高速列车的空气动力学测试方面的重大远景。。。
作者及团队介绍
第一作者：：：胡凤鸣，，女，，壹号娱乐APP应用物理与质料学院信息与通讯工程专业在读硕士研究生。。。
通讯作者：：：罗坚义，，男，，工学博士，，教授，，博士生导师，，现任壹号娱乐APP应用物理与质料学院院长，，壹号娱乐APP柔性传感质料与器件研究开发中心主任（首创人），，广东省优异青年基金获得者，，国家重点研发妄想智能传感重点专项会评专家，，南粤优异西席, 江门市首届 “侨乡青年模范”，，江门市优异科技事情者。。。主要研究领域包括：：：柔性传感质料与器件应用（柔性触觉传感、、温度传感、、气压传感和弯曲传感等）；；纳米功效质料合成；；智能调光变色质料与器件。。。
文献及DOI号：：：
Waterproof, Anti-Impacted, and Ultrathin Carbon-Based Air Pressure Sensors Toward Aerodynamic Tests on High-Speed Trains
DOI: 10.1002/adem.202101781
