发布日期：2017-09-07
两片面包+肉片或蔬菜，这是我们常见的三明治组成形式。那么，高新纳米柔性传感技术制成的“三明治”，你见过么？
日前，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦研究员团队就以纳米复合材料为电极，离子聚合物为中间层，制成了一个“三明治”结构柔性力学传感器。
让我们来看看这个“三明治”柔性力学传感器是怎么工作的。
这个“三明治”柔性力学传感器采用打孔石墨烯（H-RGO）和单壁碳纳米管（CNTs）自组装形成的三维交联复合结构“面包层”。这个“面包层”既利于形成有效的离子迁移通道，又具有力学、电学性能稳定的三维网络结构，从而保证了优异的大应变力学传感稳定性。同时，高离子负载量的柔性“中间层”保证了高离子电导率以及器件的力学柔韧性。
传感器基于离子压电新机制感知外界压力，在材料发生形变时，两片“面包层”呈现收缩和伸张的状态，阴阳离子向材料伸张面的迁移速度不同导致各向异性传输累积，在两交联电极“面包层”形成电势差，产生感应信号输出。因而传感器能够实现对不同形变方向识别以及无源传感等新功能和新特性，最终实现柔性力学传感器的复杂大形变稳定性、无源自驱动以及方位识别等优异性能。
简而言之，这个传感器可以在无源条件下，精确稳定地监测大尺度多方位空间位移形变。它能解决现有大部分柔性传感器存在的需电源驱动、无方向识别性以及复杂大形变不稳定等难点。
传感器作为智能穿戴系统的核心，其相关技术的关键性突破使得智能穿戴系统在健康监测以及人机交互等的实际应用得到进一步保障与拓展，一定程度上解决了智能穿戴便携式产品发展过程中的瓶颈问题。这个传感器大大改善了智能穿戴系统的集成度、便携性。
这个“三明治”柔性力学传感器有什么用？它如何应用在穿戴系统中呢？这个传感器所集成的传感阵列，可以有效识别手指弯曲、手腕向上弯曲/向下弯曲/向内旋转/向外旋转等多维度手部动作。因此，该团队成功将其应用于灵巧手语识别和编译过程，所发展的智能手套可以感知手语动作的变化，对不同构型甚至是细微变化、动作相近的手语做出精确的响应与识别。并且在连续6000次实测中，传感信号无明显衰减，性能稳定。
科研人员还在继续努力，希望未来可通过结合相关的数据和指令库将手语直接翻译为文本或者语音，为广大聋哑人带来福音。该成果对发展穿戴式多尺度人体活动监测技术与产品开发具有重要的科研意义和应用价值。
相关研究成果已发表在近期ACS Nano杂志上（http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.7b02767）。
该工作得到国家自然科学基金面上项目、中科院对外合作重点项目、江苏省科技计划项目(产业前瞻与共性关键技术)等的资助。
图1.（a)离子形变传感器的制备过程；(b)器件组成结构；(c)H-RGO/CNTs界面电极结构
图2.(a)传感器的离子传感机理；(b）器件对不同应变的响应；(c）对方向的识别；(d）循环稳定性
图3.(a）传感器的多维分辨能力；(b）智能手套和手语监测识别
来源：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
来源：中科院之声（微信号 zkyzswx）
