中科院設計并制備自驅動壓力傳感器陣列器件 可實現(xiàn)全尺度下的壓力測量

　　近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，各種智能終端產(chǎn)品引起了人們廣泛的關注。智能手環(huán)、智能眼鏡和智能家具等各種具有傳感和驅動功能的互連設備在物聯(lián)網(wǎng)的幫助下實現(xiàn)了智能化識別和管理。它們不僅成為了一種豐富人們生活的時尚符號，也極大地給人們的生活帶來便利。人們也相信這些產(chǎn)品將在未來人機互動、電子皮膚、健康醫(yī)療等領域有著新的應用和突破。作為其中一個重要組成部分，壓力傳感器的個性化設計及其高性能的獲取變得尤其重要，以便滿足實際應用的需要。尤其器件的壓力靈敏度、測量極限以及壓力測量范圍是決定一個器件實際應用的關鍵因素。例如，日常生活中的手機的觸摸平板，它能感知1 kPa以上的接觸，并能夠實現(xiàn)軌跡的再現(xiàn)成像。然而，很少有產(chǎn)品或者器件其對應的工作范圍可以覆蓋日常生活出現(xiàn)的從kPa到MPa壓強范圍。

　　目前，雖然基于不同物理傳導機制包括壓阻、電容和壓電的新型壓力傳感器在器件性能上有了重大的成就和突破，但是往往只能在一個有限的測量范圍內工作。比如，大多數(shù)具有較高壓力敏感性的基于壓阻或者壓電傳導的壓力傳感器，能夠探測類似聲壓、振動等超低的壓強（< 1 Pa），但是往往它們的工作范圍都比較小，基本收視低于10 kPa。相反，那些基于電容傳導的壓力傳感器往往具有較大的工作范圍，但它們的壓力敏感性又不如壓阻類的器件高。

　　中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所潘曹峰與王中林合作，基于力致發(fā)光現(xiàn)象和摩擦納米發(fā)電機兩個不同的物理傳感機制，將這兩種不同傳感機制的模塊集成于同一器件，設計并制備了可實現(xiàn)全尺度下的壓力測量的自驅動壓力傳感器陣列器件。同時該器件還具有較高的壓力敏感性。通過搭建器件信號處理系統(tǒng)，完成了器件對動態(tài)應力的監(jiān)測、成像和優(yōu)化。研究成果最近發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials, DOI: 10.1002/ adma.201605817）。

　　研究人員基于以上兩種不同傳感機制的模塊，設計并制備了100 × 100分辨率為100 dpi的自驅動全尺度壓力傳感器陣列器件，實現(xiàn)了全尺度下壓力的測量。通過對起電層PDMS的表面修飾，使器件具有可調節(jié)的壓力敏感性和可調控測量范圍。器件在0.6 kPa到200 kPa區(qū)間內的壓力敏感性為6 MPa-1；在650 kPa到30 MPa區(qū)間內的壓力靈敏度為0.037 MPa-1。且器件具有電學和光學兩種信號，可以同時實現(xiàn)數(shù)字成像模擬和可視化觀察。這類全尺度應力測量器件將在數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡化時代，具有廣闊的應用前景，也將為通信、電子商務、電子政務等領域的信息安全提供新思維。

　　北京納米能源所制備自驅動光電雙模全尺度壓力傳感陣列器件