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中科院研发柔性自供电多功能电子皮肤,可感受人体生理体征和周围环境
爱因斯坦 2017-03-30
导语

中科院半导体所沈国震研究员研究小组等利用简单高效的模块化微加工工艺,将一种复合石墨烯纤维分别制成四种平面模块单元,并将它们集成到类皮肤柔性材质上,形成自供电的多功能电子皮肤系统,可以检测人体生理体征和周围环境的变化。


随着仿生学、机器人学等学科的发展,可以模仿人体皮肤和器官感知身体环境,监测人类活动和个人生理健康的人造电子皮肤正在引起广泛的关注和迅速的发展。为了模仿人体皮肤的综合性能,人造电子皮肤需要整合不同的感应模块,实现同时区分各种物理刺激,包括应变,扭曲,温度,光照,湿度和环境气体等。此外,能量存储器件也需要集成到多功能电子皮肤中,以实现多功能、可持续、无线、无需外部电池供能的自驱动系统,达到微型化与轻质化的需求。

最近,中国科学院半导体所半导体超晶格国家重点实验室沈国震研究员率领的研究小组与电子科技大学、中国人民解放军总医院以及北京科技大学开展紧密的合作,在充分探索石墨烯材料的多功能理化性质基础上,利用简单高效的模块化微加工工艺,将一种复合石墨烯纤维分别制成四种平面模块单元,分别起到压力传感器、光电探测器、气体传感器以及微型超级电容器的作用。

它们被集成到类皮肤柔性材质上,形成自供电的多功能电子皮肤系统,可以检测人体生理体征和周围环境的变化。 在具体的测试中,能量密度可达0.071 mWh/cm3的柔性超级电容器模块实现了为系统提供较为稳定的电流输出的功能;压力传感器可以感知外界触碰、手腕脉搏、喉咙发声和心跳;光电探测器可以感知环境的亮度变化;而气体传感器可以探测到毒性有机气体的浓度。

图:柔性复合石墨烯基多功能自供电电子皮肤

该项工作提供了一种高效、可大规模、集成化应用的工艺思路,可以应用于制造更紧凑和更高性能的电子皮肤以及其他可穿戴电子产品等领域。该项工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及中国科学院前沿科学重点研究项目等项目的支持。研究成果近期发表在Nano Energy期刊上。

文章链接:

Yuanfei Ai, et al, "All rGO-on-PVDF-nanofibers based self-powered electronic skins," Nano Energy, 2017, Volume 35, May 2017, Pages 121–127

沈国震研究员简介:

中国科学院半导体研究所研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,Email:gzshen@semi.ac.cn

课题组主页:点击此处进入

研究方向:围绕低维半导体材料,开展系统的柔性器件的设计、组装及大规模印刷制备等的研究,目前的主要研究内容包括以下几个方面: 

1. 柔性电子/光电子器件:柔性晶体管、柔性光电探测器、柔性传感器等。 

2. 柔性芯片储能器件:微型超级电容器、锂电池等。 

3. 柔性储能-传感一体化系统及印刷电子技术在柔性器件上的应用。

(本文来源:中科院半导体研究所;)

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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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