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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|4679 次阅读|2 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; 4514 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; 5315 次阅读|0 个评论

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