中科院研制自驅動壓力傳感器陣列器件

　　近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所研究人員設計并制備了可實現全尺度下的壓力測量的自驅動壓力傳感器陣列器件，該器件還具有較高的壓力敏感性。

　　近年來，隨著移動互聯網的快速發展，各種智能終端產品引起了人們廣泛的關注。智能手環、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網的幫助下實現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。人們也相信這些產品將在未來人機互動、電子皮膚、健康醫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1kPa以上的接觸，并能夠實現軌跡的再現成像。然而，很少有產品或者器件其對應的工作范圍可以覆蓋日常生活出現的從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（<1Pa），但是往往它們的工作范圍都比較小，基本收視低于10kPa。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研究所潘曹峰與王中林合作，基于力致發光現象和摩擦納米發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，完成了器件對動態應力的監測、成像和優化。研究成果最近發表于《先進材料》（AdvancedMaterials,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100dpi的自驅動全尺度壓力傳感器陣列器件，實現了全尺度下壓力的測量。通過對起電層PDMS的表面修飾，使器件具有可調節的壓力敏感性和可調控測量范圍。器件在0.6kPa到200kPa區間內的壓力敏感性為6MPa-1；在650kPa到30MPa區間內的壓力靈敏度為0.037MPa-1。且器件具有電學和光學兩種信號，可以同時實現數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字化、信息化和網絡化時代，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。