蘇州納米所柔性傳感及智能穿戴應(yīng)用研究獲進(jìn)展

　　隨著智能材料和柔性電子學(xué)的迅速發(fā)展，為人體內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警，便攜式醫(yī)療以及人機(jī)交互等智能穿戴應(yīng)用開辟了全新的道路。傳感器作為智能穿戴系統(tǒng)的核心，近年來受到了科研工作者的廣泛關(guān)注，在器件柔性、靈敏度等方面的研究更是取得了可觀的成果。然而，現(xiàn)有大部分柔性傳感器仍存在需電源驅(qū)動(dòng)、無方向識(shí)別性以及復(fù)雜大形變不穩(wěn)定等難點(diǎn)，使得智能穿戴系統(tǒng)在健康監(jiān)測(cè)以及人機(jī)交互等的實(shí)際應(yīng)用受到極大限制，已成為發(fā)展智能穿戴便攜式產(chǎn)品的瓶頸問題。

　　針對(duì)以上關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員陳韋團(tuán)隊(duì)在前期離子壓電智能材料研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了以納米復(fù)合材料為電極，離子聚合物為中間層的“三明治”結(jié)構(gòu)柔性力學(xué)傳感器件，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜大形變穩(wěn)定性、無源自驅(qū)動(dòng)以及方位識(shí)別等優(yōu)異性能。從關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，所采用的打孔石墨烯（H-RGO）和單壁碳納米管（CNTs）交聯(lián)電極，既利于形成有效的離子遷移通道，又具有力、電學(xué)性能穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而保證了優(yōu)異的大應(yīng)變力學(xué)傳感穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，在連續(xù)6000次大幅度彎曲循環(huán)測(cè)試中，電壓傳感信號(hào)無明顯衰減。其次，基于離子壓電新機(jī)制，所產(chǎn)生的傳感信號(hào)是源于材料變形過程中離子的各向異性傳輸累積，因而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同形變方向識(shí)別以及無源傳感等新功能和新特性，大大改善了智能穿戴系統(tǒng)的集成度、便攜性。所集成的傳感陣列，可以有效識(shí)別手指彎曲、手腕向上彎曲/向下彎曲/向內(nèi)旋轉(zhuǎn)/向外旋轉(zhuǎn)等多維度手部動(dòng)作?；谶@些優(yōu)勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)成功將其應(yīng)用于靈巧手語識(shí)別和編譯過程，所發(fā)展的智能手套可以感知手語動(dòng)作的變化，對(duì)不同構(gòu)型甚至是細(xì)微變化、動(dòng)作相近的手語做出精確的響應(yīng)與識(shí)別；對(duì)發(fā)展穿戴式多尺度人體活動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)具有重要的科研意義和應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)研究成果已發(fā)表在近期ACS Nano 雜志上。

　　該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目、江蘇省科技計(jì)劃項(xiàng)目(產(chǎn)業(yè)前瞻與共性關(guān)鍵技術(shù))等的資助。

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圖1.（a)離子形變傳感器的制備過程；(b)器件組成結(jié)構(gòu)；(c)H-RGO/CNTs界面電極結(jié)構(gòu) 

圖2.(a) 傳感器的離子傳感機(jī)理；(b）器件對(duì)不同應(yīng)變的響應(yīng)；(c）對(duì)方向的識(shí)別；(d）循環(huán)穩(wěn)定性 

圖3.(a）傳感器的多維分辨能力；(b）智能手套和手語監(jiān)測(cè)識(shí)別