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柔性自供電多功能電子皮膚研究獲進展

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柔性自供電多功能電子皮膚研究獲進展

摘要: 　　隨著仿生學、機器人學等學科的發(fā)展，可以模仿人體皮膚和器官感知身體環(huán)境、監(jiān)測人類活動和個人生理健康的人造電子皮膚正在引起廣泛的關(guān)注和迅速的發(fā)展。為了模仿人體皮膚的綜合性能，人造電子皮膚需要整合不同的 ...

　　隨著仿生學、機器人學等學科的發(fā)展，可以模仿人體皮膚和器官感知身體環(huán)境、監(jiān)測人類活動和個人生理健康的人造電子皮膚正在引起廣泛的關(guān)注和迅速的發(fā)展。為了模仿人體皮膚的綜合性能，人造電子皮膚需要整合不同的感應(yīng)模塊，實現(xiàn)同時區(qū)分各種物理刺激，包括應(yīng)變、扭曲、溫度、光照、濕度和環(huán)境氣體等。此外，能量存儲器件也需要集成到多功能電子皮膚中，以實現(xiàn)多功能、可持續(xù)、無線、無需外部電池供能的自驅(qū)動系統(tǒng)，達到微型化與輕質(zhì)化的需求。
　　最近，中國科學院半導體學習所半導體超晶格國家重點實驗室學習員沈國震率領(lǐng)的學習小組與電子科技大學、中國人民解放軍總醫(yī)院以及北京科技大學開展緊密的合作，在充分探索石墨烯材料的多功能理化性質(zhì)基礎(chǔ)上，利用簡單高效的模塊化微加工工藝，將一種復合石墨烯纖維分別制成四種平面模塊單元，分別起到壓力傳感器、光電探測器、氣體傳感器以及微型超級電容器的作用。它們被集成到類皮膚柔性材質(zhì)上，形成自供電的多功能電子皮膚系統(tǒng)，可以檢測人體生理體征和周圍環(huán)境的變化。在具體的測試中，能量密度可達0.071 mWh/cm3的柔性超級電容器模塊實現(xiàn)了為系統(tǒng)提供較為穩(wěn)定的電流輸出的功能；壓力傳感器可以感知外界觸碰、手腕脈搏、喉嚨發(fā)聲和心跳；光電探測器可以感知環(huán)境的亮度變化；而氣體傳感器可以探測到毒性有機氣體的濃度。
　　該項工作提供了一種高效、可大規(guī)模、集成化應(yīng)用的工藝思路，可以應(yīng)用于制造更緊湊和更高性能的電子皮膚以及其他可穿戴電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。該項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學習項目等的支持。學習成果近期發(fā)表在納米能源（Nano Energy，2017， 35， 121）期刊上。

　　圖：柔性復合石墨烯基多功能自供電電子皮膚柔性自供電多功能電子皮膚研究獲進展  |  責任編輯：蟲子
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