開發(fā)多功能、高靈敏度的傳感器有利于促進柔性電子器件和人機交互系統(tǒng)的發(fā)展。研究人員正在致力于探索能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的檢測、多功能和低功耗的主動式傳感材料。近年來，柔性傳感器已被廣泛應(yīng)用于各種先進設(shè)備中，高靈敏度的柔性壓力傳感器對于實現(xiàn)靈敏和有效的檢測至關(guān)重要。
近日，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士和孫其君研究員團隊展示了一種多功能的離子凝膠纖維膜，用于構(gòu)建離子電容式傳感器和TENG，以實現(xiàn)多功能應(yīng)用，包括應(yīng)變映射、脈搏檢測、動態(tài)監(jiān)測和能量采集。所制備的離電傳感器（iontronic sensor）具有穩(wěn)定的良好靈敏度和可重復(fù)性，可以有效地檢測人手腕處的脈搏波形，并能夠通過電容式傳感矩陣映射壓力分布。離電TENG展示出54.56μW的最大峰值功率，可以很好地為便攜式電子設(shè)備供電。此外，所制備的離電TENG陣列可以實現(xiàn)交互式、快速響應(yīng)和精確的動態(tài)監(jiān)測，這拓寬了對直接和有效的傳感設(shè)備的探索。所展示的多功能離子凝膠纖維膜有望為生理檢測、生物力學(xué)能量采集、人機交互和自供電監(jiān)測系統(tǒng)提供一種出色的方案。該成果以“Versatile Ion-Gel Fibrous Membrane for Energy-Harvesting Iontronic Skin”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
圖1. 離子凝膠纖維膜的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用示意圖。a）離子凝膠纖維膜的結(jié)構(gòu)示意圖。b）P(VDF-HFP）和[EMIM][TFSI]的化學(xué)結(jié)構(gòu)。c）通過靜電紡絲制備的離子凝膠纖維膜的照片。d–f）具有不同離子液體濃度的離子凝膠纖維膜的光學(xué)顯微鏡圖像。g)基于多功能離子凝膠纖維膜的離子電子電容傳感器和TENG的應(yīng)用示意圖。
離電電容傳感器在低壓范圍內(nèi)表現(xiàn)出高靈敏度和高穩(wěn)定性。
圖4. 離電TENG的電學(xué)輸出性能。a）離電TENG與丁腈接觸過程的示意圖。b）用于交互式控制的TENG觸覺陣列的工作過程示意圖。c）不同尺寸的離電TENG的電信號。離電TENG在接觸分離模式下的的電學(xué)輸出，包括d）ISC、e）VOC、和 f）QSC。g）連接不同外部負(fù)載時電流和電壓之間的關(guān)系。h）瞬時功率作為外部負(fù)載電阻的函數(shù)。（i）離電TENG為不同的商用電容器充電曲線。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303723
