柔性电子凭借良好的形变顺应性，可贴合复杂曲面并实现稳定信号采集，在工业制造、航空航天等领域具有广阔前景。然而，极端高温环境对器件稳定性提出严峻挑战，传统聚合物基柔性电子难以兼顾柔性与耐高温性能。金属-陶瓷复合纤维兼具导电与耐高温优势，但仍面临高温界面失效及感知功能单一等问题。因此，提升其界面稳定性并实现极端环境下多参数柔性感知，仍是亟待突破的关键问题。

华中科技大学厉侃教授、黄永安教授、尹周平教授研究团队提出从微观形貌到宏观性能的一体化调控策略，制备出兼具耐高温和高导电性能的Pt0.15Au0.85@ZANF复合纤维电极。进一步结合激光图案化和柔性封装，实现了高达800 ℃下同一位置温度和压力的实时感知，突破了现有柔性耐高温传感器的性能瓶颈，为高温环境下柔性温度-压力同步感知提供了新的技术路径。相关研究成果以“Hybrid Metal-ceramic Fiber Frameworks Based on Designs of Metallic Coatings for High-temperature Resistant Temperature-pressure Sensing”为题，发表在Advanced Fiber Materials上。

该研究采用静电纺丝法制备ZrO2-Al2O3纳米纤维（ZANF）作为柔性耐高温纤维骨架，依托双靶磁控溅射在纤维表面沉积组分可控的PtxAu1–x合金壳层，基于合金组分和退火温度的参数调控导电合金壳层的连续性，构筑兼具高柔性、高导电性和高热稳定性的核壳状金属-陶瓷复合导电纤维框架电极。进一步结合激光加工、封装和面内结构设计，调控柔性纤维电极的传感特性，最终组装成可同时检测温度与压力的柔性耐高温传感器。

图1 PtxAu1–x@ZANF复合纤维框架的制备及其温度-压力双功能柔性耐高温传感应用

研究发现，复合纤维经1100 ℃以内高温退火后宏观结构仍保持完整，但在约800 ℃以上，金属涂层会局部熔融，并在表面张力驱动下演化为离散金属颗粒，呈现类似“蜘蛛网结露”的非连续微观形貌。团队建立分子动力学和有限元模型，表明该现象源于纳米尺度下熔点降低引发的固态去湿（SSD）效应。

图2 PtxAu1–x@ZANF金属-陶瓷界面热失效机理分析

在明确金属-陶瓷纤维界面形貌演化规律的基础上，团队进一步调控合金组分与退火温度，研究其对PtxAu1–x@ZANF复合纤维框架微观结构的影响。结果显示，PtxAu1–x@ZANF高温退火前后的电阻率随Pt含量的增加先增大后减小，绝缘失效温度从800 ℃逐渐增加至1000 ℃。富Au的PtxAu1–x@ZANF具有较低的基础电阻率和电阻变化率；经800 ℃高温退火后，纤维间形成相互熔融焊接的独特形貌，可在800 ℃环境中稳定导电近4.7 h，同时具有高柔韧性和低热导率。综合力、热、电性能，最终确定Pt0.15Au0.85@ZANF为后续制造柔性耐高温传感器的电极敏感材料。

图3 PtxAu1–x@ZANF复合纤维框架的微观形貌调控与性能优化

最后，基于优选的Pt0.15Au0.85@ZANF复合纤维框架材料，通过高精度激光选区加工制备图案化电极，并经氟晶云母片封装构筑夹层式柔性传感器，在高温力学平台上验证其温度和压力传感性能。该温度-压力双功能传感器由两个电学通道组成，分别为外圈的热电阻式温度传感单元和内圈的压阻式叉指压力传感单元。温度传感单元的响应仅反映外界温度，输出不受外加压力干扰；压力传感单元的接触电阻在外加压力下显著下降，并可根据温度传感单元测得的信号进行温度补偿，获得对应温度下的真实压力值。最终，该柔性耐高温温度-压力双功能传感器可在同一位置实现高达800 ℃的温度和11.66 kPa的压力测量，并可在800 ℃高温环境下连续工作约3 h。

图4 PtxAu1–x@ZANF基柔性耐高温温度-压力双功能传感器性能测试

综上所述，该研究提出从微观界面形貌到宏观材料性能的一体化调控策略，构建了Pt0.15Au0.85金属-陶瓷复合纤维框架材料，有效抑制了金属-陶瓷高温界面失效，实现800 ℃下温度和压力双参数的同步测量。该工作为极端环境柔性电子提供了新的材料与技术路径，在工业机器人触觉识别、化工反应器安全监测、航空航天器环境探测等领域具有广阔的应用前景。

（来源：Advanced Fiber Materials）