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深圳先進(jìn)院開發(fā)自供電柔性觸覺傳感器：利用化學(xué)電池反應(yīng)探測靜態(tài)與動態(tài)刺激

2024-03-21 08:48:57來源：深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 閱讀量：77 評論

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導(dǎo)讀：柔性和可穿戴的觸覺傳感器在健康監(jiān)測、人機交互等領(lǐng)域的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的電阻式或電容式傳感器雖然廣泛應(yīng)用，但其仍需外部電源持續(xù)供能，而壓電式和摩擦電式傳感器則僅對動態(tài)機械刺激做出響應(yīng)。

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所傳感中心孫洪巖副研究員團(tuán)隊在中科院一區(qū)(IF：17.6)期刊《Nano Energy》上發(fā)表了題為A self-powered flexible tactile sensor utilizing chemical battery reactions to detect static and dynamic stimuli的研究(全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109461)。該團(tuán)隊提出了一種基于化學(xué)電池反應(yīng)的自供電柔性觸覺傳感器，用于動態(tài)和靜態(tài)機械刺激檢測。本文李森博士為第一作者，孫洪巖副研究員為唯一通訊作者，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院為第一單位。
 
　　
       柔性和可穿戴的觸覺傳感器在健康監(jiān)測、人機交互等領(lǐng)域的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的電阻式或電容式傳感器雖然廣泛應(yīng)用，但其仍需外部電源持續(xù)供能，而壓電式和摩擦電式傳感器則僅對動態(tài)機械刺激做出響應(yīng)。為了克服這些限制，研究人員一直在探索開發(fā)無需外部電源、能夠同時監(jiān)測動態(tài)和靜態(tài)機械刺激的觸覺傳感器。
 
　　為了解決上述問題，本團(tuán)隊通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將紙質(zhì)基底的固態(tài)Zn-MnO2電池轉(zhuǎn)變?yōu)樽怨╇?a target="_blank">壓力傳感器。作為電池，其展現(xiàn)出了1.29 V的開路電壓、2.8 mA/cm²的最高短路電流密度，足以為小型電子器件供電。作為自供電壓力傳感器，其具有較高的靈敏度，在0-25 kPa范圍內(nèi)平均為1.27 μA/kPa，在25-500 kPa范圍內(nèi)平均為0.14 μA/kPa，響應(yīng)時間為42 ms，恢復(fù)時間為41 ms，最小壓力分辨率達(dá)到數(shù)十帕斯卡，且具有長期重復(fù)性和穩(wěn)定性。該工作將極大地促進(jìn)智能，自供電觸覺傳感器的進(jìn)一步發(fā)展，廣泛應(yīng)用于人類健康護(hù)理和檢測靜態(tài)/動態(tài)刺激的人機界面等領(lǐng)域。
 
　　該研究的亮點：傳感器的制備過程簡單、環(huán)保，利用了紙張作為柔性的基底材料，不僅成本低廉，而且具有可降解性。這種紙基電池不僅能夠為小型電子設(shè)備提供動力，還能夠在各種形狀和尺寸下實現(xiàn)高度敏感的動態(tài)/靜態(tài)壓力檢測。該傳感器有望在極端環(huán)境下智能機器人搜救、健康監(jiān)測、物體識別等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為自供電柔性電子設(shè)備的研究開辟新的道路。
 
基于化學(xué)電池反應(yīng)的自供電觸覺傳感器
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