可穿戴電子設(shè)備能夠采集人體的物理化學(xué)信號，在人機(jī)交互、智能醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，傳感電極的微納材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計是其中的重要研究內(nèi)容。
離子型壓力傳感器中的離子能夠有效結(jié)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?fù)湫臀⒚兹~傳感電極結(jié)構(gòu)，電極內(nèi)部的鉍烯作為導(dǎo)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?fù)湫螤?。基于該傳感電極，設(shè)計實現(xiàn)了基于蠶絲蛋白水凝膠的電解質(zhì)，構(gòu)成了整體的超級電容型柔性壓力傳感器件。
圖1 拓?fù)湫臀⒚兹~傳感電極在應(yīng)力下的壓離子傳輸機(jī)理
研究表明，在壓力傳感器工作過程中，電極的微米葉拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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，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(nèi)，靈敏度為1.60 kPa?1，在150 Pa-8.5 kPa范圍內(nèi)，靈敏度為1.01 kPa?1，檢測下限達(dá)0.59 Pa，最大檢測范圍~220 kPa，經(jīng)過10000次循環(huán)，相對電容能保持97.92%，應(yīng)用于人體關(guān)節(jié)運(yùn)動、面部表情的監(jiān)測與識別，為離子型傳感器件與裝置的設(shè)計與實現(xiàn)提供了新思路。
圖2 基于拓?fù)湫臀⒚兹~傳感電極的壓力傳感器在人體關(guān)節(jié)及面部表情識別上的應(yīng)用
審核編輯：劉清