【儀商訊】隨著智能材料和柔性電子學(xué)的迅速發(fā)展，為人體內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警，便攜式醫(yī)療以及人機交互等智能穿戴應(yīng)用開辟了全新的道路。傳感器作為智能穿戴系統(tǒng)的核心，近年來受到了科研工作者的廣泛關(guān)注，在器件柔性、靈敏度等方面的研究更是取得了可觀的成果。然而，現(xiàn)有大部分柔性傳感器仍存在需電源驅(qū)動、無方向識別性以及復(fù)雜大形變不穩(wěn)定等難點，使得智能穿戴系統(tǒng)在健康監(jiān)測以及人機交互等的實際應(yīng)用受到極大限制，已成為發(fā)展智能穿戴便攜式產(chǎn)品的瓶頸問題。

針對以上關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員陳韋團隊在前期離子壓電智能材料研究基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展了以納米復(fù)合材料為電極，離子聚合物為中間層的“三明治”結(jié)構(gòu)柔性力學(xué)傳感器件，實現(xiàn)了復(fù)雜大形變穩(wěn)定性、無源自驅(qū)動以及方位識別等優(yōu)異性能。從關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，所采用的打孔石墨烯（H-RGO）和單壁碳納米管（CNTs）交聯(lián)電極，既利于形成有效的離子遷移通道，又具有力、電學(xué)性能穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而保證了優(yōu)異的大應(yīng)變力學(xué)傳感穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，在連續(xù)6000次大幅度彎曲循環(huán)測試中，電壓傳感信號無明顯衰減。其次，基于離子壓電新機制，所產(chǎn)生的傳感信號是源于材料變形過程中離子的各向異性傳輸累積，因而能夠?qū)崿F(xiàn)對不同形變方向識別以及無源傳感等新功能和新特性，大大改善了智能穿戴系統(tǒng)的集成度、便攜性。所集成的傳感陣列，可以有效識別手指彎曲、手腕向上彎曲/向下彎曲/向內(nèi)旋轉(zhuǎn)/向外旋轉(zhuǎn)等多維度手部動作。基于這些優(yōu)勢，該團隊成功將其應(yīng)用于靈巧手語識別和編譯過程，所發(fā)展的智能手套可以感知手語動作的變化，對不同構(gòu)型甚至是細(xì)微變化、動作相近的手語做出精確的響應(yīng)與識別；對發(fā)展穿戴式多尺度人體活動監(jiān)測技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)具有重要的科研意義和應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果已發(fā)表在近期ACS Nano 雜志上。

該工作得到國家自然科學(xué)基金面上項目、中科院對外合作重點項目、江蘇省科技計劃項目(產(chǎn)業(yè)前瞻與共性關(guān)鍵技術(shù))等的資助。

圖1.（a)離子形變傳感器的制備過程；(b)器件組成結(jié)構(gòu)；(c)H-RGO/CNTs界面電極結(jié)構(gòu)