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《科學》子刊!天津大學團隊破解柔性可穿戴壓力感測器的國際難題

天津大學微電子學院智慧系統與奈米工程實驗室、天津大學小護士可穿戴技術聯合實驗室聯合美國芝加哥大學團隊,成功研發出一種對拉伸形變不敏感的可拉伸壓力感測器。該成果有效解決了柔性壓力感測器因拉伸形變造成測試噪聲的難題。

無論是元宇宙中真實世界與虛擬世界的互動,還是智慧醫療中更加仿生的機器人,越來越多的領域需要柔性電子面板與柔性可穿戴技術的支援,而其中最重要的就是柔性壓力感測器的必要技術支撐。可拉伸壓力感測器因其共形能力好和生物相容性高,在人機介面和電子面板領域展現出廣闊的應用前景。

然而,困擾科學與產業界的難題之一,就是可拉伸的壓力感測器在拉伸形變的時候,由於器件拉伸形變造成對壓力測試的干擾噪聲無法去除。因此,可拉伸壓力感測器可以在人體面板和軟體機器人面板表面有效地監測壓力,而器件的拉伸形變會干擾壓力檢測的準確度。天津大學微電子學院智慧系統與奈米工程實驗室(天津大學小護士可穿戴技術聯合實驗室)(鄒強團隊)聯合美國芝加哥大學團隊,成功研發出一種新型的不受拉伸形變影響的可拉伸壓力感測器。

該感測器利用可拉伸離子凝膠材料作為壓力感測介電層的獨特機理,結合微米尺度的結構設計與力學設計,將器件的拉伸形變與壓力檢測中的壓縮形變解耦,實現了在50%應變範圍內98%的壓力檢測的對拉伸不敏感度。同時,該壓力感測器的最低檢測限低至0.2 Pa,且可以在有預壓力(1 kPa)的情況下,準確檢測30 Pa的壓力增量。另外,該感測器可以在500次重複拉伸下,仍然保持與初始狀態基本一致的壓力感測效能與對拉伸不敏感度。

基於本感測器優異的壓力感測效能,該研究工作還展示了可拉伸壓力感測器作為電子面板為軟體機械手提供觸覺反饋,併成功用於遠端診療的閉環控制系統中,這為未來的智慧康養等重大民生問題提供了有利的科技支撐,未來的市場應用前景廣闊。

該研究成果《一種用於面板表面的不受拉伸形變影響的可拉伸壓力感測器》(A stretchable and strain-unperturbed pressure sensor for motion-interference-free tactile monitoring on skins)於11月24日線上發表在《Science Advances》(DOI:10.1126/sciadv.abi4563)上。天津大學微電子學院博士生蘇奇與其導師鄒強副教授為論文共同第一作者。

《Science Advances》雜誌是Science旗下涵蓋所有學術領域包括計算機、工程、環境、生命、數學、物理以及社會科學的唯一綜合性科學刊物,旨在提供一個頂級的科學研究出版平臺,快速發表在整個科學研究領域的高水平且在相關領域有重要進展的研究工作。

分類: 歷史
時間: 2021-12-22

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