柔性復(fù)合石墨烯基多功能自供電電子皮膚研究獲進(jìn)展
隨著仿生學(xué)、機(jī)器人學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,可以模仿人體皮膚和器官感知身體環(huán)境、監(jiān)測(cè)人類活動(dòng)和個(gè)人生理健康的人造電子皮膚正在引起廣泛的關(guān)注和迅速的發(fā)展。為了模仿人體皮膚的綜合性能,人造電子皮膚需要整合不同的感應(yīng)模塊,實(shí)現(xiàn)同時(shí)區(qū)分各種物理刺激,包括應(yīng)變、扭曲、溫度、光照、濕度和環(huán)境氣體等。此外,能量存儲(chǔ)器件也需要集成到多功能電子皮膚中,以實(shí)現(xiàn)多功能、可持續(xù)、無線、無需外部電池供能的自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),達(dá)到微型化與輕質(zhì)化的需求。
最近,中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈國震率領(lǐng)的研究小組與電子科技大學(xué)、中國人民解放軍總醫(yī)院以及北京科技大學(xué)開展緊密的合作,在充分探索石墨烯材料的多功能理化性質(zhì)基礎(chǔ)上,利用簡(jiǎn)單高效的模塊化微加工工藝,將一種復(fù)合石墨烯纖維分別制成四種平面模塊單元,分別起到壓力傳感器、光電探測(cè)器、氣體傳感器以及微型超級(jí)電容器的作用。它們被集成到類皮膚柔性材質(zhì)上,形成自供電的多功能電子皮膚系統(tǒng),可以檢測(cè)人體生理體征和周圍環(huán)境的變化。在具體的測(cè)試中,能量密度可達(dá)0.071 mWh/cm3的柔性超級(jí)電容器模塊實(shí)現(xiàn)了為系統(tǒng)提供較為穩(wěn)定的電流輸出的功能;壓力傳感器可以感知外界觸碰、手腕脈搏、喉嚨發(fā)聲和心跳;光電探測(cè)器可以感知環(huán)境的亮度變化;而氣體傳感器可以探測(cè)到毒性有機(jī)氣體的濃度。 該項(xiàng)工作提供了一種高效、可大規(guī)模、集成化應(yīng)用的工藝思路,可以應(yīng)用于制造更緊湊和更高性能的電子皮膚以及其他可穿戴電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等的支持。研究成果近期發(fā)表在《納米能源》(Nano Energy,2017, 35, 121)期刊上。 圖.柔性復(fù)合石墨烯基多功能自供電電子皮膚 |