深圳先進院柔性壓力傳感器研究取得系列進展
近年來,柔性壓力傳感器件因在人機交互、電子皮膚、智能可穿戴等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而越來越受到產(chǎn)、學(xué)、研界的關(guān)注。然而,當(dāng)傳統(tǒng)的柔性傳感器件應(yīng)用在真實柔性基底場景中,由于器件彎曲引起的沿著法線方向上的垂直應(yīng)力會產(chǎn)生“偽信號”,因而如何確保最終器件性能的可靠與穩(wěn)定性依舊是一項相當(dāng)迫切的需求。此外,實現(xiàn)更寬動態(tài)線性量程的同時通常會以犧牲器件靈敏度為代價,反之亦然,如何通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及材料選擇解決器件靈敏度與動態(tài)線性量程范圍之間的平衡問題仍然是一個不小的挑戰(zhàn)。為解決以上問題,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院材料所(籌)光子信息與能源材料研究中心副研究員陳明、研究員楊春雷及其合作者提出了兩種解決方案: 研究人員利用傳統(tǒng)微納加工工藝、真空鍍膜技術(shù)和激光劃線工藝制備出頂部為微圓臺結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/摻鋁氧化鋅(AZO)、間隔層為光刻膠(PS)和底部叉指電極為聚酰亞胺(PI)/金(Au)的柔性壓力傳感器。所制備的器件擁有高達2200 kPa-1的靈敏度、寬達9.6 kPa的動態(tài)線性量程范圍,快至低于20 ms的上升和下降響應(yīng)時間等優(yōu)異性能。研究人員還進一步從理論角度闡明了器件在外界壓力作用下的工作機理和內(nèi)在壓力分布,解釋了PS間隔層中空穴直徑大小、導(dǎo)電層微結(jié)構(gòu)與最終器件靈敏度、動態(tài)線性量程范圍和靈敏閾值等性能的關(guān)系。近日,上述研究成果以High-performance zero-standby-power-consumption-under-bending pressure sensors for artificial reflex arc 為題發(fā)表在能源期刊Nano Energy(DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104743)上。 |