半導體所在柔性自驅(qū)動氣體傳感與顯示系統(tǒng)研究中獲進展

　　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、易集成化、功率密度高等特點。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。但單個的電容器電壓窗口較小，能量密度較低，很難連續(xù)不間斷地為可穿戴器件供能。解決這個問題最便捷的方式是將多個微型電容器串聯(lián)形成陣列為可穿戴集成系統(tǒng)的功能單元供電。目前，已有許多不同類型的電容器陣列驅(qū)動的集成探測系統(tǒng)相繼被開發(fā)，例如集成光探測系統(tǒng)、集成壓力傳感器系統(tǒng)等。除了壓力、光、熱等傳感器，有機氣體傳感器近年來在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場與安防等領域發(fā)揮的作用越來越大，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間長，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，對自驅(qū)動氣體傳感器這一集成系統(tǒng)的研究具有重要意義。

　　近日，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室沈國震課題組開發(fā)了一種新型的由微電容陣列驅(qū)動的可穿戴氣體傳感器與實時顯示系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)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(tǒng)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間分別為13s和4.5s。當有氣體進入傳感器中時，氣體傳感器兩邊的電流會發(fā)生變化，電路板中元件會采集這個變化并進行計算，與預先存儲的標準曲線進行比較從而得出氣體的濃度值，再經(jīng)藍牙把信號傳輸?shù)绞謾C，隨即手機APP上會顯示出對應的氣體濃度并繪制出實時的I-t曲線，在個性化酒駕測試等領域都具有廣泛的應用前景。

　　相關研究成果發(fā)表在Nano Energy上。研究工作得到了國家自然科學基金、北京市自然科學基金以及中科院前沿科學重點研究項目等的支持。

半導體所在柔性自驅(qū)動氣體傳感與顯示系統(tǒng)研究中獲進展