中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
柔性可穿戴電子設備的飛速發(fā)展與商業(yè)化應用，加快了能源存儲器件的變革與升級。為了良好的匹配可穿戴電子器件，所使用的能源存儲器必須具備安全性高、體積小、壽命長(cháng)、易集成化、功率密度高等特點(diǎn)。鑒于以上要求，平面微型電容器成為最佳的供能器件的選擇。但單個(gè)的電容器電壓窗口較小，能量密度較低，很難連續不間斷地為可穿戴器件供能。解決這個(gè)問(wèn)題最便捷的方式是將多個(gè)微型電容器串聯(lián)形成陣列為可穿戴集成系統的功能單元供電。目前，已有許多不同類(lèi)型的電容器陣列驅動(dòng)的集成探測系統相繼被開(kāi)發(fā)，例如集成光探測系統、集成壓力傳感器系統等。除了壓力、光、熱等傳感器，有機氣體傳感器近年來(lái)在環(huán)境監測、工業(yè)現場(chǎng)與安防等領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來(lái)越大，但與光探測、壓力傳感器相比，氣體傳感器對目標氣體的響應時(shí)間長(cháng)，相應的能耗更大，對能源器件的要求更高，加大了集成的難度。因此，研究自驅動(dòng)氣體傳感器這一集成系統具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院半導體研究所超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗室沈國震課題組開(kāi)發(fā)了新型的由微電容陣列驅動(dòng)的可穿戴氣體傳感器與實(shí)時(shí)顯示系統。該集成系統由基于電沉積聚吡咯電極材料的圓形電容器陣列、基于碳納米管/聚苯胺材料的常溫乙醇氣體傳感器和原位氣體分析與顯示系統組成。所組裝的電容器的面積比電容為47.42mF/cm2，氣體傳感器在常溫下對乙醇氣體的響應回復時(shí)間分別為13s和4.5s。當有氣體進(jìn)入傳感器中時(shí)，氣體傳感器兩邊的電流會(huì )發(fā)生變化，電路板中元件會(huì )采集這個(gè)變化并進(jìn)行計算，與預先存儲的標準曲線(xiàn)進(jìn)行比較從而得出氣體的濃度值，再經(jīng)藍牙把信號傳輸到手機，隨即手機APP會(huì )顯示出對應的氣體濃度并繪制出實(shí)時(shí)的I-t曲線(xiàn)，在個(gè)性化酒駕測試等領(lǐng)域都具有廣泛的應用前景。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Energy上。研究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)研究項目等的支持。
