南理工突破传感技术瓶颈，解决传统应变片的行业难题

近日，国家工业和信息化部高新技术司公布了2025年度国家重点研发计划高新技术成果产业化试点名单。南京理工大学材料科学与工程学院兰司教授团队在国家重点研发计划高端功能与智能材料重点专项“熵调控非晶合金多尺度微纳结构设计”项目的支撑下，所研发的“适用于建筑物抗震防灾的高灵敏度熵调控非晶合金应力阻抗应变片”成功入选高新技术成果产业化示范试点名单（图1）。这一突破性成果不仅解决了传统应变片在灵敏度、稳定性和成本方面的行业难题，更通过跨学科创新应用，将技术边界延伸至地质灾害预警、智慧医疗等关乎国计民生的重要领域，展现了高校科技成果服务国家战略需求的强大潜力。

图1：2025年度国家重点研发计划高新技术成果产业化试点名单

破局而生——直面行业痛点的材料革命

在大型基础设施、工业装备和地质灾害防治领域，应力应变监测犹如“神经末梢”，其精度和可靠性直接关系到结构安全与预警时效。然而，传统监测技术长期面临三重困境：

灵敏度瓶颈：金属箔式应变片灵敏度系数仅2-5，难以捕捉微应变级信号；半导体应变片虽灵敏度高，但温度漂移严重，需复杂补偿电路，成本高昂；

耐久性挑战：传统材料在长期动载下易疲劳失效，典型寿命仅104-107次循环，难以满足桥梁、大坝等设施的终身监测需求；

环境适应性不足：常规传感器在潮湿、腐蚀、强振动环境下性能急剧下降，限制了其在复杂工况下的应用。

面对这些行业共性难题，南京理工大学兰司教授团队独辟蹊径，将目光投向了非晶合金这一新兴的功能材料。通过创新性地提出了“熵调控”设计理念，团队成功研制出铁基非晶合金敏感材料，实现了应变传感技术的突破。

熵调控奥秘——微观结构设计引领性能飞跃

“熵调控”是这一技术的核心创新点。研究团队通过精密调控合金组元的混合熵，诱导形成具有独特短程有序、长程无序结构的非晶合金。这种特殊的原子排列方式赋予了材料卓越特性：

超高巨应力阻抗效应：在外部应力作用下，非晶合金中电子输运路径发生显著变化，电阻率变化率高达194.9%，是传统金属材料的40-90倍，实现了对微应变的“放大式”感知；

优异的线性响应：材料在0-100MPa宽应力范围内保持高度线性响应，线性相关系数达0.98，较常规材料提升4%，大幅降低了信号校准难度；

本征环境稳定性：非晶合金无晶界、位错等晶体缺陷，具备优异的抗蠕变、抗疲劳和耐腐蚀性能，在-40 oC至150 oC温度区间内灵敏度波动小于±0.5%，真正实现了“免维护”长期监测。

图2：基于熵调控非晶合金地震监测传感器及性能对比

在制造工艺方面，团队通过单辊旋淬制备技术，实现了非晶合金带材的高效、低成本成型。相较于传统工艺，该技术大幅缩短了生产周期，降低了能耗与材料损耗，使传感器制造成本估算降低约20%，为产业化推广奠定了坚实基础。

应用无界——从建筑安全到生命健康的跨界融合

本成果的应用前景十分广阔。首要目标是服务于建筑物、桥梁、大坝等重大基础设施的长期健康监测与抗震防灾。其高灵敏度与高稳定性，可实现对结构微损伤的早期、精准辨识。此外，项目团队正积极拓展其在新兴领域的应用。例如，已有从事地质灾害监测的企业就该技术用于山体滑坡、边坡稳定性监测的可行性进行调研与技术对接，其环境特点在该领域展现出独特优势（图2）。更为神奇的是，熵调控非晶合金与柔性基底复合后，灵敏度能够提升370倍，并能实现在传感器上方18厘米内感知到移动的信号（图3），为非接触传感应用打开了大门，未来在智能家居、数字工业等领域具有极大的潜力。

图3：熵调控非晶合金应力阻抗非接触式传感应用

最具创新性的应用来自与南京中医药大学的“跨界”合作。双方联合研发的“智能中医理疗装置”，将微型化应变片嵌入智能中医理疗设备（图4），实现实时量化记录手法力度、频率和作用轨迹。该项目已获批“江苏高校护理学优势学科‘揭榜挂帅’重大项目”，预计未来将在江苏省三级甲等医院投入临床教学使用。项目合作方、南京中医药大学护理学院徐桂华教授表示：“这项技术让‘手感’变得可测量、可复制、可传承，是中医技艺标准化的一次重要突破。未来我们还计划开发家用型智能理疗设备，让优质中医服务走进千家万户。”

图4：基于新型熵调控非晶合金复合柔性材料的智能中医理疗装置

硬核支撑——国家级领军人才带领跨学科团队合力攻坚

项目的快速推进，离不开一支深耕材料科学多年、兼具前沿探索与工程实践能力的跨学科团队，以及南京理工大学所构建的高水平科研平台体系的强力支撑。团队负责人兰司教授作为国家“万人计划”科技创新领军人才，带领包括朱贺教授、刘伟迪教授、冯涛教授等多名国家级/省级青年人才骨干在内的跨学科“高性能亚稳态材料研究”团队（图5）。团队近年来在《自然·材料》《自然·催化》等顶级期刊发表论文500余篇（其中《自然》/《科学》重要子刊20余篇），荣获省部级以上科技奖励10项，授权发明专利42项。研究工作依托南京理工大学多个国家级与省部级科研平台，拥有从材料制备、微观结构表征到器件测试的全链条先进科研设备，为项目的持续技术创新与工程化开发提供了坚实保障。

图5：兰司教授及其科研团队合影

此次入选国家高新技术成果产业化试点，是对该项目核心技术原创性、应用前景可行性及团队转化能力的高度认可。南京理工大学科学研究院相关负责人表示：“将持续支持该项目的深化研究与成果转化工作，积极对接产业资源，完善产学研协同机制，力争使这一创新技术早日实现规模化应用，为提升我国高端传感器的自主供给能力、服务国家公共安全与经济社会高质量发展做出实质性贡献”。

展望未来：传感一小步，安全一大步

从摩天大楼到山川大地，从工业装备到人体健康，熵调控非晶合金应变片正在重新定义感知的边界。随着产业化进程的加速，这项南京理工大学孕育的创新技术，有望在未来三年内形成年产超过亿元的新型传感器产业链。

兰司教授说：“我们追求的不仅是技术的突破，更是用科技守护生命、保障安全的使命。每一个微应变的精准感知，都可能避免一次事故、拯救一个生命。这就是材料科学工作者的价值所在。”南京理工大学的科研团队正以材料创新的匠心，编织着一张守护国家基础设施安全和人民生命健康的智能感知网络。