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AW最新成果︱用于温度监测的柔性智能自供电传感贴片: 热度 2 张海霞 2020-2-4 08:22; 【引言】近年来，可对生理信号或周围环境信息进行实时监测的可穿戴传感器件的发展受到了大家的广泛关注，在所有的传感功能中，温度传感是可穿戴监测系统的基本构建模块，因为温度不仅是人体健康监测中的重要参数也是周围环境监测中的重要指标。目前研究者提出了各种用于温度监测的可穿戴传感器件，然而这些器件对电能的持续需求使得用户不可避免的通过外部电源频繁充电，为日常使用带来了极大的不便，如何将可持续提供电能的能量单元与传感系统相集成，是可穿戴电子器件推向实际应用的一个关键。【成果简介】近日，北京大学信息科学技术学院张海霞教授课题组利用喷涂工艺，通过将摩擦式能量采集器、电源管理电路和温度传感阵列集成在一起，展示了一种柔性透明自供电的智能温度传感贴片；相关成果以“Self-powered flexible and transparent smart patch for temperature sensing”为题，发表于《应用物理学快报》（Applied Physics Letters）上，其中博士研究生陈学先为论文第一作者，张海霞教授为通信作者。该项工作通过掩模技术和大面积喷涂工艺，利用银纳米线和还原氧化石墨烯等功能材料，将单电极摩擦式能量采集器，电极引线和温度传感器阵列同时加工到同一柔性衬底上，并将柔性印刷电路板工艺制作的能量管理电路与之集成，从而实现集能量采集、能量管理和温度传感为一体的自供电传感微系统。得益于温度传感阵列的低功耗特性和能量管理电路的快速充电能力，该器件可通过能量采集部分在105s内将电路板上的100 F 电容快速充电至1V，并驱动单个传感器件持续工作100s。这项研究中提供的加工方法和器件架构不仅避免了复杂的制备过程，而且方便通过新材料选择和器件设计进行功能扩展，为构建自供电传感系统提供了一种低成本、大批量的实现方法。图一：柔性智能温度传感贴片加工过程和结构概览（a）器件制备过程（b）器件等效电路模型（c）器件实物图（d-f）摩擦层表面微结构、喷涂氧化还原石墨烯和银纳米线薄膜的SEM照片图二：单电极摩擦式能量采集器的输出性能（a-b）摩擦式能量采集器与皮肤摩擦时的输出电压和电流（c-d）摩擦式能量采集器与其他常见材料摩擦时的输出电压和电流（e）摩擦式能量采集器的负载响应（f）摩擦式能量采集器的电容充电曲线（g-h）摩擦式能量采集器的稳定性表征图三：温度传感器件的性能表征（a）温度传感器在25-70℃之间的I-V响应曲线（b）温度传感器随温度升高的电阻响应曲线（c-d）温度传感器高温、低温电流响应曲线（e）温度传感器随温度变化的电流响应曲线（f）温度传感器贴附于烧杯表面时对热水和冷水的电流响应曲线图四：温度传感系统和温度传感阵列的性能表征（a-b）温度传感器在220 F 和100 F 电容供电下的电流随温度变化响应曲线（c）温度传感器在100 F 电容供电下消除电压下降影响的电流响应曲线（c）温度传感器阵列的工作示意图（d）手指按压下温度传感器的电流变化分布图（e）手指按压下温度传感器的电流响应【小结】这项工作展示了通过简单的加工工艺制作的集能量采集、能量管理和传感于一体的自驱动温度传感贴片，器件具有良好的柔性和光学透明特性，可贴附于物体表面用于环境温度传感，或皮肤表面对人体温度进行监测。通过材料的选择和器件设计，可方便的将其他传感器和通信模块集成到该自供电系统当中，在健康监测和人机交互等领域有广阔的应用前景。【文章链接】 Self-powered flexible and transparent smart patch for temperature sensing (Applied Physics Letters) ， https://doi.org/10.1063/1.5134526 【相关链接】张海霞教授课题组长期从事于自供电微系统、主动式电子皮肤、微能量采集等领域的研究，相关研究成果包括摩擦发电机的电源管理电路设计（ https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285517303518 ）、自供电智能手环（ https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285518307717 ）、敏感汗液监测系统（ https://www.nature.com/articles/s41587-019-0321-x ）等。; 个人分类: 科研工作|4641 次阅读|2 个评论

电子皮肤大汇总！基于石墨烯的触觉传感器: nanomicrolett 2019-9-19 17:05; Graphene Nanostructure-based Tactile Sensor for Electronic Skin Applications Pei Miao, Jian Wang, Congcong Zhang * , Mingyuan Sun, ShanshanCheng * , and Hong Liu * Nano-Micro Lett. (2019) 11: 71 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0302-0 ▍ 本文亮点 ▍ 1 石墨烯及其衍生物的研究取得了巨大进展，为低成本、便携、实时触觉传感器/电子皮肤带来了巨大的优势。 2 综述将为未来研究高质量石墨烯触觉传感器及其对科学界的影响提供良好的指导。 3 本文还介绍了石墨烯及其衍生物的一些基本和关键问题，如电荷输运原理、掺杂/俘获行为、结构/形貌与性能/功能之间的关系。 ▍ 内容简介 ▍ 济南大学前沿交叉科学研究院刘宏教授课题组在本综述中总结了基于石墨烯及其衍生物构筑的各类型触觉传感器（电子皮肤）的研究现状。首先，简要介绍了石墨烯及其衍生物在触觉传感应用的相关概念和制备方法。然后，重点讨论了如何提高触觉传感器性能，总结了基于压容式、压阻式（基于一维、二维、三维石墨烯结构）、FET类型所使用的石墨烯材料的独特作用和优势。最后，概述了石墨烯传感器的发展前景和面临的挑战。我们希望这些讨论将有助于未来针对高质量石墨烯触觉传感器的研究。 / 研究背景/ 电子皮肤是通过电学信号的集成与反馈来模拟人体皮肤感受外界刺激（压力、温度、湿度）的新型电子器件。石墨烯是由单层碳原子组成的六角晶格，是一种典型的二维材料。石墨烯兼具透明、导电、柔性、稳定、机械强度稳定等特性，在智能穿戴、人机互动、智能检测领域发挥着重要的作用。在电子皮肤新兴电子学领域，基于石墨烯的独特性质可以构筑传导机制不同的触觉传感器，实现大面积、高灵敏、高分辨、自供能等特性，推动机器人、可穿戴领域的快速发展。 ▍ 图文导读 ▍ ▍ 压容式传感器压容式传感器基于压力改变介质层电容的变化实现高灵敏触觉传感。Yang及其同事展示了一种新型3D微共形石墨烯电极，用于超灵敏和可调谐柔性电容式压力传感器。由于电极的粗糙度可以有效地提高电容式触觉传感器的性能，通过可控的微共形结构调节灵敏度，构筑的传感器具有高灵敏度，快速响应速度，超低检测限，可调灵敏度，而且通过将PDMS介电层夹在顶部MGrE和底部电极之间可获得柔韧性和高稳定性。图1 典型的电容式触觉传感器，石墨烯作为电极。(a)不同共形石墨烯电极的制造工艺示意图和源自PMMA基，紫外线固化粘合剂介导和微形式转移方法的三种石墨烯膜的SEM图像；(b)基于MGrE的电容式压力传感器的示意图，感测机构的示意图和该压力传感器的抓握。 ▍ 压阻式传感器由于一维石墨烯结构的高纵横比有利于快速捕获和释放外部刺激信号。据Nakamura及其同事报道，以镍丝为模板，可以得到一维空心管CVD石墨烯纤维(TGFs)，并涂以PDMS作为电阻式应变传感器的活性材料。在电荷传导过程中，PDMS作为束间跳跃的屏障，使得基于TGFs的应变传感器比基于多壁碳纳米管(MWCNT) /PDMS复合材料的应变传感器具有更好的传感性能。图2 用于压阻式压力传感器的典型1D石墨烯架构。(a)具有PDMS支持的石墨烯纤维的照片;(b)去除Ni后石墨烯/ PDMS中空管的横截面视图的SEM图像;(c)随机堆叠的静电纺丝纳米纤维的FESEM图像;(d)对于不同的基板厚度，当弯曲到180μm的半径时，传感器在弯曲和响应曲线中的压力响应测量示意图;(e)在弯曲状态下测试器件的压力响应以及在1.4μm厚的PET基板上制造的器件的响应，对于不同的法向力，弯曲半径为15至80μm;(f)附着在软气囊表面上的集成传感器阵列的照片，通过挤压运动施加压力(顶部面板); 在复杂弯曲下测量的压力数据分布，显示没有来自变形的压力信号，例如起皱(底部面板)。二维石墨烯薄膜因其透明性和灵活性，以及在光电子、发光二极管太阳能电池和传感器等领域的广泛应用，引起人们的广泛关注。CVD法是目前应用最广泛的制备高质量二维石墨烯薄膜的方法。徐和他的同事构建了一种基于多层CVD石墨烯薄膜的超薄柔性触觉传感元件，该传感器是通过一种非常简单的方法组装而成的，该方法包括一个PET衬底和两个未连接的石墨烯薄膜。良好的光学透明性使该传感器具有广泛的应用前景。图3 通过CVD获得的2D石墨烯薄膜用于压阻式压力传感器。(a)由2D石墨烯膜和PET基板组成的触觉传感器的制造过程的示意图;(b)超薄，透明和柔韧的触觉传感器的光学照片。插图：传感器的几何尺寸;(c)在5,10,15和20 mm的不同轴向距离下，设备对纵向位移的灵敏度。基于三维多孔结构的石墨烯是用于触觉传感器中最常见的自支撑材料。基于石墨烯片之间的大堆叠界面和π-π界面相互作用，实现了超轻密度、柔韧性、高导电性、高机械强度等特性。Pang及其同事使用镍泡沫作为模板和化学蚀刻方法来制造石墨烯多孔网络（GPN）。由于GPN中的孔隙，复合材料作为压力和应变传感器分别在基于石墨烯泡沫的传感器中表现出宽的压力感应范围和高的灵敏度。图4 3D石墨烯材料，金属多孔材料作为模板，用于触觉传感。(a)用石墨烯多孔网络结构制造压力和应变传感器的示意图;(b)对应于不同步行/弯曲状态和腕部血压的相对阻力的信号变化。基于仿生思路的传感器，自然界中有许多通过自然选择而形成的适应良好的层次结构，这些结构对生物体的生存至关重要。Shar-Pei狗皮肤的高维度图案可以承受大的面内拉伸并提供触觉感知，因此基于皱纹皱褶RGO电极具有高拉伸性和对应变不敏感的电阻曲线。图5 受动物和植物器官启发的微结构为基于石墨烯的触觉传感器的活性材料的制备提供了有趣的想法。(a)使用Canny边缘检测比较Shar-Pei狗的皮肤和RGO皱褶之间的表面形貌;(b)连续手术机器人与制造的压力传感器，用于碰撞意识到经口机器人手术程序。 ▍ FET式传感器 FET器件每个部分的优化都可以增强器件的性能，也可以为高质量的触觉传感器提供机会。迄今为止，FET触觉传感器的大多数介电层是固体物质，其中半导体的电荷载流子传输功能主要发生在活性材料/介电界面处的少数分子层中。 Khan等人构建了一种基于单电极模式摩擦电纳米发电机(S-TENG)与石墨烯石墨烯触控传感器(GFET)共面耦合的石墨烯触控传感器。当任何物体接触到S-TENG的摩擦层时，由于摩擦电效应会产生电荷，摩擦电效应可以作为栅偏置，在没有任何外部栅电压的情况下调节通道电流的传输。所制备的摩擦电子传感器灵敏度≈2% kPa−1，检测限1kPa，响应时间≈30 ms。图6 通过将FET与摩擦电纳米发电机组合在一起的高性能传感器件。(a)石墨烯摩擦电装置的示意图;(b)石墨烯摩擦电触摸传感器的表征; (c)摩擦电GFET器件与聚(四氟乙烯)和Cu接触的能带图。 / 展望/ 具有数字和智能读出功能的多功能触觉传感器是现代电子皮肤应用所需要解决的重要问题。因此，构建高性能的触觉传感器阵列以及有效的模式识别算法显得尤为重要。我们相信，在化学、物理、材料科学、微纳加工、计算机科学等学科科学家的共同努力下，基于石墨烯的高性能触觉传感系统的潜在商业应用将很快成为现实。作者简介苗培 (本文第一作者) 济南大学化学化工学院硕士 ▍ 主要研究领域主要研究方向为先进功能材料的组装及其在传感器方面的应用。张丛丛 (本文通讯作者) 济南大学前沿交叉研究所讲师 ▍ 主要研究领域主要致力于分子电子学，高功能超分子纳米组装和基于FETs的生物传感器等方面的研究工作。 Email: ifc_zhangcc@ujn. edu.cn 程珊珊 (本文通讯作者) 天津大学理学院讲师 ▍ 主要研究领域主要致力于纳米材料、有机场效应晶体管和用于生物传感和生物医学应用的传感器的研究。 Email: Chengss@tju.edu.cn 刘宏 (本文通讯作者) 济南大学前沿交叉研究院院长山东大学晶体材料国家重点实验室教授 ▍ 主要研究领域目前主要研究方向为组织工程、纳米材料和纳米器件，特别是纳米材料和纳米器件在气体和生物传感器、环境保护、新能源等领域的应用。 Email: hongliu @sdu.edu.cn 相关阅读电子皮肤进展 ·往期回顾 👇 神奇的3D触觉“电子皮肤”！人体监测“无侵入”，智能机器人“可感知” 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 6158 次阅读|0 个评论

高灵敏快速FAPbBr3微米晶光探测器: nanomicrolett 2019-4-18 06:01; 【引言】 FAPbX 3 钙钛矿材料具有良好的热稳定性和优异的载流子输运特性，性能优于传统的CH 3 NH 3 -PbX 3 (MAPbX 3 ) 钙钛矿光电材料。然而，基于FAPbX 3 的原型器件目前还未见报道。本文亮点 1 氟代甲脒三卤化铅（FAPbBr 3 ）钙钛矿微米晶有利于提高光探测器中的载流子输运。 2 本工作合成的FAPbBr 3 具有良好的光响应性、外量子效率和探测灵敏度。 3 FAPbBr 3 光探测器的双光子性能优于文献报道的MAPbBr 3 光探测器性能。内容简介 FAPbX 3 钙钛矿材料具有良好的热稳定性和优异的载流子输运特性，性能优于传统的CH 3 NH 3 -PbX 3 (MAPbX 3 ) 钙钛矿光电材料。然而，基于FAPbX 3 的原型器件目前还未见报道。中科院大连物化研究院邓伟侨和西南大学何荣幸等人制备了基于FAPbX 3 钙钛矿微米晶的光探测器件，该器件的光响应率达到4000 A/W，比文献报道的FA钙钛矿光探测器高2个数量级。单光子激发下外量子效率高达10 6 %，对应的光探测灵敏度为10 14 Jones 。 FAPbX 3 光探测器件在800-nm激发波长、双光子吸收条件下下的光响应率达到0.07 A/W，比同条件下MAPbBr 3 光探测器高4个数量级。此外，FAPbX 3 光探测器的响应时间低于1 s。该研究说明FAPbX 3 是一种非常优异的快速灵敏光探测器光电材料，为进一步的研发提供了原型器件和相关数据。图文导读 1 FAPbBr 3 的结构与光电性能用改进的抗溶剂辅助反相温度结晶法合成FAPbBr 3 MCs。为了便于去除溶剂并形成均匀的结晶膜，将1M前驱体（等摩尔FABr和PbBr 2 溶于混合溶剂中）在DMF中稀释三次。然后加入反溶剂甲苯以获得饱和溶液，将该饱和溶液在80℃下搅拌以加速成核并增加互连晶体的产率。 2 FAPbBr 3 光探测器件的光电性能测试 FAPbBr 3 MC覆盖了整个有源区域，由于与ITO电极接触而形成肖特基势垒。一旦将电压施加到检测器装置，分别在有源层和电极/钙钛矿界面处发生离子迁移和载流子俘获。这表明FAPbBr 3 MC和ITO电极之间的有欧姆接触。阴极收集大量光生空穴，而阳极上的空穴注入活性层，显示出器件的光电导性。 3 双光子激发下的器件性能表征钙钛矿作为光学限制效应，超快光学信号表征，显微镜和光刻的非线性半导吸收体，也引起了极大的关注。因此该研究在双光子激发下对器件进行了表征，其中光电流由800 nm脉冲激光产生，其光子能量远小于FAPbBr 3 的带隙（2.18 eV）。作者简介主要研究方向： ① 微孔高分子材料：氢气/甲烷储存；CO2捕获；水处理；微孔催化。 ② 太阳能电池材料：染料敏化太阳能电池；钙钛矿太阳能电池。主要研究方向：分子光谱与光化学；分子激发态动力学；不对称催化反应机理。相关阅读 1 平面异质结钙钛矿电池 —一种新的伏安曲线拟合方法 2 综述：低维卤化物钙钛矿材料及其先进光电应用 3 NML综述 | 石墨烯可成为钙钛矿太阳能电池的下一代材料吗？ 4 NML研究论文 | 基于CsPbBr3/C的高效全无机钙钛矿太阳能电池; 4485 次阅读|0 个评论

植入式生物电子器件:自供电可植入式电子皮肤血糖仪用于体内血糖水平的实时监测: nanomicrolett 2019-4-17 12:51; 【引言】近年来，植入式生物电子标记技术在医疗和医学诊断领域展现出很好的应用前景。例如，可穿戴式“电子皮肤”可用作医疗保健中人体生理信号的无创传感器。植入式电子皮肤类器件面临的最大挑战是必须兼顾柔软易变形、供能、以及生物传感功能等问题。本文亮点 1 自供电可植入式电子皮肤血糖仪可用于体内血糖水平的实时监测。 2 叉指电极确保了单个纳米线在相同方向上的压电势。压电生物传感过程不需要外加电源。并提出了压电酶反应耦合效应。 3 该设备在活鼠体内运行良好并且能够实时检测血糖水平。内容简介东北大学王帅和薛欣宇等人开发了一种自供电可植入式电子皮肤血糖仪，用于实时监测体内血糖水平。基于GOx@ZnO纳米线的压电酶反应耦合效应，该器件在施加变形时会输出含有葡萄糖检测信息的压电信号。输出压电电压既作为生物传感信号可以提供电能，不需要提供外加电源。进一步地，将该电子皮肤血糖仪植入实验白鼠体内后，显示出优异的体内血糖水平监控性能。本研究为糖尿病的预防与诊断开辟了一条新的研究方向。图文导读 1 自供电可植入式电子皮肤血糖仪的应用前景，器件体系结构，材料系统和实验设计世界卫生组织（WHO）预计到2025年全世界将有30亿名糖尿病患者，迫切需要实现对血糖浓度的连续检测。自供电可植入式电子皮肤血糖仪可实时监测体内血糖水平，有助于糖尿病的预防和诊断，应用前景良好。该器件尺寸为0.4×1.3cm 2 ，薄且易弯曲，其小巧结构使其适合嵌入生物体内。和之前的研究相比，新的衬底更加灵活易拉伸。不同于垂直排列，纳米线在衬底上水平排列可以促进生物传感过程。 2 自供电可植入式电子皮肤血糖仪的压电-生物传感性能在施加变形的情况下，该装置可以将机械能转化成反映葡萄糖浓度信息的压电电压。该过程无需电能，输出的压电电压既是电源，也是生物传感信号。结果表明，随着葡萄糖浓度的增加，器件的输出压电电压减小。 3 自供电可植入式电子皮肤血糖仪的工作原理其工作机理是基于酶反应与ZnO纳米线的压阻效应之间的耦合关系。在纯水中，纳米线表面不发生反应，其表面载流子密度较低。在外加变形下，GOx@ZnO纳米线压电屏蔽效应减弱，输出压电电位升高。当装置浸入葡萄糖溶液时，附着在ZnO纳米线表面的GOx(葡萄糖氧化酶)与葡萄糖发生反应。作者简介主要研究方向：低气压放电射频源中的电磁场特性；射频放电在材料处理、合成制备工艺等先进制造领域的应用。博士生导师，教育部新世纪优秀人才。主要研究方向：自充电电池；表面耦合效应及多功能器件。关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在 Springer 开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，目前免收版面费。联系我们 E-mail editorial_office@nmletters.org Web http://springer.com/40820 http://nmletters.org APP nano-micro letters QQ 100737456 Facebook https://facebook.com/nanomicroletters Twitter https://twitter.com/nmletters Tel 86-21-34207624; 5291 次阅读|0 个评论

最新成果：基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤的综述: 张海霞 2018-12-3 15:34; 张海霞教授Nano Energy综述：基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤【前言】利用现代先进电子器件模仿人类皮肤功能的电子皮肤，在人机接口、仿生假肢、智能机器人等领域都有着广泛的应用前景，受到科学家的广泛关注。当前，长期稳定的能源供给是束缚电子皮肤进一步发展的重要关键问题。摩擦纳米发电机是一种新型高效的能量采集器件，可以有效的将机械能转化为电能，同时提供了一种新型的自驱动传感机制，可以实现无需外部电源供给下的信号感知，对解决电子皮肤能源供给问题提供了无限的可能。【成果简介】近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授在国际纳米科学领域重要期刊Nano Energy上发表题为“ Self-powered Electronic Skin based on the Triboelectric Generator ”的综述文章，博士研究生陈号天为论文第一作者。文章以摩擦纳米发电机（TENG）为工作基础，着眼于新型仿生电子皮肤的功能，总结了近年来基于摩擦纳米发电机的多种电子皮肤的设计与应用进展。文章首先关注基于摩擦发电机的自驱动传感器的4种工作机制，并总结了当前基于摩擦纳米发电机的自驱动传感器的3种主要的探测方式（幅值、比例和频率）及4种信号类型（模拟式、数字式、独立阵列式和寻址阵列式）。在此基础上针对电极和电介质的设计和制备的要求和特点进行归纳，重点强调电极材料的可拉伸性和导电性，强调电介质材料对性能的增强及自驱动和生物降解等更丰富的特性。之后落实在电子皮肤传感器和电子皮肤系统的应用上，展现出基于摩擦纳米发电机的传感器广泛的应用前景。最后，文章分析并讨论了该领域未来的发展和面临的挑战。相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金等资助。文章链接：Self-powered electronic skin based on the triboelectric generator，(Nano Energy). DOI：10.1016/j.nanoen.2018.11.061 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518308735 【图文导读】图1：基于摩擦纳米发电机的电子皮肤总览图2：摩擦纳米发电机的（a）四种工作原理、（b）三种检测方法和（c）四种信号类型。图3：利用新材料设计可拉伸电极。（a）CNT（b）graphene（c）基于Ag flake 的复合导电材料（d）基于银纳米线的复合导电材料（e）基于碳黑的复合导电材料（f）基于CNT的导电复合材料（g）基于水凝胶导电材料。图4：利用新结构设计可拉伸电极。（a）褶皱结构（b）弯曲结构（c）折纸结构（d）剪纸结构（e）纤维结构（f）织物结构。图5：功能性电介质的设计。（a）微结构提升输出（b）3D多孔结构提升输出（c）氟碳聚合物与微结构复合提升输出（d）导电填充物与多孔结构复合提升输出（e）基于蚕茧的可降解材料（f）抗湿度干扰的电介质材料（g）自修复材料图6：基于摩擦纳米发电机的自驱动压力传感器图7：基于摩擦纳米发电机的自驱动应变传感器图8：基于摩擦纳米发电机的自驱动传感系统图9：自驱动电子皮肤的展望; 个人分类: 科研心得|3967 次阅读|0 个评论

最新成果：自驱动的多功能电子皮肤系统: 热度 1 张海霞 2018-8-4 21:17; 电子皮肤作为一种模仿人类皮肤特性、具有传感多种功能的新型电子器件，在便携式电子设备、医疗健康以及机器人领域等具有广阔的应用前景，近年来受到国内外学术界和工业界的广泛关注。然而，当前电子皮肤往往专注于探测单一物理量，而人类皮肤却能感受多种物理量，实现多种物理量同时探测成为电子皮肤研究的重要方向；同时，如何对电子皮肤进行有效的能量供给，也是该领域研究急需解决的关键问题。近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组通过研究模仿皮肤的生理结构，开发出一种集滑动探测、压力探测和能量存储于一体的多功能电子皮肤系统，成功解决了多功能集成和能量供给等问题。相关研究成果以“Hybrid porous micro structured finger skin inspired self-powered electronic skin system for pressure sensing and sliding detection”为题，发表于纳米科学技术领域重要期刊Nano Energy上，博士研究生陈号天为论文第一作者，张海霞教授为通讯作者。该电子皮肤系统以人类指尖的生理结构为启发，模仿指纹结构，设计基于四电极螺旋电极的摩擦纳米发电机，通过探测摩擦纳米发电机的输出频率，进行滑动方向及距离的探测。这种基于摩擦输出频率的探测方法相比于基于幅值的探测方法，可以有效地避免外部环境比如温度、湿度等因素的印象，提高传感器的稳定性；通过模仿人体皮肤的真皮结构，创新地将微结构（微金字塔、微圆锥等）与多孔结构结合，制备得到导电的多孔复合微结构，大幅提升了压阻传感器的灵敏度（高达35.7 kPa -1 ）；最后，利用织物制备柔性抗压的超级电容器，为整个电子皮肤系统提供能量。通过将滑动传感与压力传感耦合，该电子皮肤系统可以有效地探测复杂的行为活动，提供反馈多个维度的信号；同时，整个电子皮肤系统由超级电容器供能，无需外部供电，极大地增强了该电子皮肤系统的便捷性和可用性，展示了其在机器人传感等领域的巨大潜力。相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金等资助。文献链接：Hybrid porous micro structured finger skin inspired self-powered electronic skin system for pressure sensing and sliding detection. (Nano Energy) DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.07.001 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518304828; 个人分类: 科研心得|2950 次阅读|1 个评论

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