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半導(dǎo)體行業(yè)大事件:多功能皮膚再突破

來源: 發(fā)布時間:2017-06-07 08:29:38 次瀏覽

皮膚作為人體最大的器官,負(fù)責(zé)人體內(nèi)部與外界環(huán)境的交互。在其柔軟的組織下面分布著一個龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò),從而實時獲得溫度、壓力、氣流等外界信息的變化。電子皮膚通過模擬人類皮膚的傳感功能,能實現(xiàn)或超越皮膚的傳感性能,在機(jī)器人、人工義肢、醫(yī)療檢測和診斷等方面展現(xiàn)應(yīng)用前景。
 

 

   


圖:多功能超薄電子皮膚及相關(guān)測試數(shù)據(jù)

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們對發(fā)展高性能的電子皮膚的需求也不斷增加。因此,具有超薄、可拉伸、多參數(shù)檢測等性能的柔性電子皮膚正在引起廣泛的關(guān)注和迅速的發(fā)展。

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室沈國震課題組與解放軍總醫(yī)院教授姜凱開展深入的合作,在前期系列研究成果的基礎(chǔ)上(Nano Energy, 2016, 23, 7.; Nano Energy, 2017, 35, 121.; Adv. Mater. Technol. 2016, 1, 1600136.; Sci. China. Mater. 2016, 59, 173.),近期合作在電子皮膚領(lǐng)域取得了新進(jìn)展,開發(fā)了一種可直接貼附在人體表面的超薄高像素柔性電子皮膚陣列。通過引入聚合物中空球納米結(jié)構(gòu),傳感器對環(huán)境壓力展現(xiàn)出了超高的靈敏度(31.6 kPa-1),以及低的探測下限(0.6 Pa)。由于所制備的聚合物具有負(fù)溫阻效應(yīng),傳感器還對環(huán)境溫度具有很好的響應(yīng)。

利用簡單的半導(dǎo)體加工及轉(zhuǎn)印工藝,設(shè)計了微米級的超薄可拉伸襯底及蛇形電極結(jié)構(gòu),使得器件不僅彈性好,也不易損壞,可以在不同環(huán)境下拉扯揉折之后,仍能感受到外部壓力與溫度的變化。將這種超薄電子皮膚應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,成功地實現(xiàn)了對人體脈搏、語音、呼吸、體表溫度等生理信號的實時快速監(jiān)測,并實現(xiàn)了對不同物體的壓力分布成像。為了避免人體生理信號監(jiān)測中,體表溫度變化對器件的影響,還對傳感器進(jìn)行了溫度補(bǔ)償進(jìn)而提高器件在實際應(yīng)用中的檢測精度。

這項研究發(fā)展了一種制備方法簡單、環(huán)境友好、成本低廉、適宜大規(guī)模生產(chǎn)的超薄電子皮膚的制備途徑,其高柔性及彈性也符合模擬人體皮膚的需求,因此具有重要的應(yīng)用價值,有望作為一種新型的人造電子皮膚服務(wù)于未來機(jī)器人、義肢使用者和可穿戴設(shè)備上。該項工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及中科院前沿科學(xué)重點研究項目等項目的支持。

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