中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
可穿戴電子設備能夠采集人體的物理化學(xué)信號，在人機交互、智能醫療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，傳感電極的微納材料與結構設計是其中的重要研究?jì)热?。離子型壓力傳感器中的離子能夠有效結合傳感電極信號與人體的化學(xué)環(huán)境，是可穿戴電子器件的研究熱點(diǎn)之一，其中，有效促進(jìn)體系中離子-電子的傳輸是提升傳感性能的關(guān)鍵。
針對上述問(wèn)題，安徽大學(xué)集成電路研究院曾瑋副教授與合作者提出一種拓撲型微米葉傳感電極結構，電極內部的鉍烯作為導電框架，中間的BiOCl-Bi2O3活性層提供超容性，外部的硼烯不僅提升超容性，而且維持了整體的拓撲形狀?；谠搨鞲须姌O，設計實(shí)現了基于蠶絲蛋白水凝膠的電解質(zhì)，構成了整體的超級電容型柔性壓力傳感器件。
圖1 拓撲型微米葉傳感電極在應力下的壓離子傳輸機理
研究表明，在壓力傳感器工作過(guò)程中，電極的微米葉拓撲結構有利于電解質(zhì)中離子的抽取和遷移，制得的傳感器用于柔性電子皮膚時(shí)，具有寬檢測范圍，低檢測限和優(yōu)異的耐久性。器件在50~150 Pa的范圍內，靈敏度為1.60 kPa-1，在150 Pa-8.5 kPa范圍內，靈敏度為1.01 kPa-1，檢測下限達0.59 Pa，最大檢測范圍~220 kPa，經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)，相對電容能保持97.92%，應用于人體關(guān)節運動(dòng)、面部表情的監測與識別，為離子型傳感器件與裝置的設計與實(shí)現提供了新思路。
圖2 基于拓撲型微米葉傳感電極的壓力傳感器在人體關(guān)節及面部表情識別上的應用
相關(guān)研究成果以“Piezoionic Transfer Effect in Topological Borophene-Bismuthene Derivative Micro-leaves for Robust Supercapacitive Electronic Skins”為題發(fā)表在材料科學(xué)重要期刊《Nano Energy》上，安徽大學(xué)為論文第一單位，集成電路學(xué)院2020級碩士研究生周艷紅為論文第一作者，安徽大學(xué)曾瑋副教授，廖同慶教授、合肥師范學(xué)院衛寧副教授為論文共同通訊作者，集成電路研究院王思亮副教授，武漢紡織大學(xué)熊祎副教授，2020級碩士研究生榮達，集成電路學(xué)院本科生王琦、張曉宇，電子信息工程學(xué)院本科生何鑫怡，文典學(xué)院本科生寧仁杰參與了工作。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，安徽省自然科學(xué)基金等項目的支持。
