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自供電觸覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)動(dòng)/靜態(tài)機(jī)械刺激檢測(cè)
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所傳感中心副研究員孫洪巖團(tuán)隊(duì)在《納米能源》上發(fā)表最新研究，提出了一種基于化學(xué)電池反應(yīng)的自供電柔性觸覺(jué)傳感器，可用于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)機(jī)械刺激檢測(cè)。
基于化學(xué)電池反應(yīng)的自供電觸覺(jué)傳感器及應(yīng)用示意圖 科研團(tuán)隊(duì)供圖
柔性和可穿戴的觸覺(jué)傳感器在健康監(jiān)測(cè)、人機(jī)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(duì)動(dòng)態(tài)機(jī)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(kāi)發(fā)無(wú)需外部電源、能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)機(jī)械刺激的觸覺(jué)傳感器。
為了解決上述問(wèn)題，本團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將紙質(zhì)基底的固態(tài)鋅錳電池轉(zhuǎn)變?yōu)樽怨╇妷毫鞲衅?。作為電池，其展現(xiàn)出了1.29 伏的開(kāi)路電壓、每平方厘米2.8毫安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至25 千帕范圍內(nèi)平均為每千帕1.27微安；在25至500 千帕范圍內(nèi)平均為每千帕0.14微安，響應(yīng)時(shí)間為42毫秒，恢復(fù)時(shí)間為41毫秒，最小壓力分辨率達(dá)到數(shù)十帕斯卡，且具有長(zhǎng)期重復(fù)性和穩(wěn)定性。該研究將極大地促進(jìn)智能，自供電觸覺(jué)傳感器的進(jìn)一步發(fā)展，廣泛應(yīng)用于人類(lèi)健康護(hù)理和檢測(cè)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)刺激的人機(jī)界面等領(lǐng)域。
另外，該傳感器的制備過(guò)程簡(jiǎn)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?yàn)樾⌒碗娮釉O(shè)備提供動(dòng)力，還能夠在各種形狀和尺寸下實(shí)現(xiàn)高度敏感的動(dòng)態(tài)/靜態(tài)壓力檢測(cè)。
該傳感器有望在極端環(huán)境下智能機(jī)器人搜救、健康監(jiān)測(cè)、物體識(shí)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(kāi)辟新的道路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109461
