离电子传感纸赋予压力传感器全新“触觉”“天博·体育”

据麦姆斯咨询报导，纸张作为一种不易提供、成本低、绝缘、坚硬以及便携的材料，长期以来作为化学和生物传感的灵活性平台。例如pH试纸、血糖试纸、早孕检测试纸等都是应用于十分普遍的生物化学传感器。随着这一领域的持续发展，基于纳米技术的纸基传感器未来将会沦为简陋、便携、重复使用、低功耗且低成本的传感器件，可在医学、爆炸物和剧毒物质检测和环境研究等领域获得广泛应用于。

由于纸质的纤维结构，可以用功能添加剂对它们展开改性，如碳派生材料（如碳纳米管和石墨烯）、导电聚合物和金属纳米复合材料等，从而产生新的功能和传感模式。以往报导的压敏纸以及由它们做成的压力传感器主要基于三种现有的传感机制，即电阻式、电容式和摩擦电式。

“最近，我们引进了一种全新的压力传感机制，称作柔性离电子传感（flexibleiontronicsensing，FITS）机制，它通过利用电极和离子表面之间的压力来感应器电容变化。”加州大学戴维斯分校教授潘挺睿说，“值得注意的是，与传统的电阻式和电容式传感方式有所不同，基于独有FITS机制的离电子压力传感器具备极高的灵敏度和分辨率，而宿主噪声在相当大程度上可以忽略不计，因为它的信噪比极高。

”a）离电子压力传感纸（ISP）器件的压力号召机制，其中纤维状离子作为离子区域，导电纤维作为导电区域；b）ISP离子区的扫瞄电子显微镜（SEM）图像；c）离子液体和聚合物基的分子结构解释；d）制取具备“三明治”结构的ISP器件：i）在离子纸上面打印机顶部电极；ii）在离子纸的背面打印机底部电极；iii）打印机黏合图案以统合；iv）拉链以构成“三明治”结构；v）最后展开PCB和构建；e）制取具备双层结构的ISP器件：i）在普通纸上打印机叉指电极；ii）在设计的区域上打印机离子墨水；iii）打印机黏合图案以整构建；iv）拉链以构成双层结构；v）最后展开PCB和构建。潘教授和他的合作者在他们的近期论文《一体式离电子传感纸》（公开发表在《先进设备功能材料》期刊上）中讲解了一种同时包括离子区域与电极区域的单片离电子纸衬底，可作为一体化柔性传感平台。潘教授认为：“我们的新型传感纸将离电子感应器原理扩展到极具适应性的材料系统，具备必要印刷性、自定义可切割成性和三维可拆卸性，成本便宜，就像普通纸一样。

”现在我们早已可以通过非常简单的打印机、切割成、堆砌和拉链等纸张特定的操作者来建构压力传感平台。由于压力传感器件仍然局限于以平面形式结构，所以现在同时也可以用3D压力传感折纸来检测空间压力。基本上，我们周围的一切和每一个表面都可以用于传感结构，比如在智能玩具、智能纸盒、身体健康可穿着设备、重复使用电子产品、壁纸、家具等上，甚至可作为灵活性的人机界面。潘教授说道到：“这项技术首创了新的时代，我们所认识到的每样东西都有触觉能力，人们可以通过触碰、松开和敲打与任何物体展开交流，通过视觉、听力和触觉输出获取全面的人机界面。

”a）通过印刷和拉链来制取ISP折纸手环；b）ISP折纸手环可用作脉搏监测；c）由ISP折纸手环搜集的脉搏波信号；d）用压敏键盘制取ISP折纸钢琴；e、f）具备力传感功能的ISP折纸钢琴可以检测压力并掌控音量。不过，目前仍不存在一些问题必须解决问题。例如，点对点问题：即纸电子器件和信号处理系统之间通过导电胶黏合的电流信号点对点依然不平稳。

但是，潘教授团队坚信可通过低温焊和特定的纸质FPC（flexibleprintedcircuit，柔性印刷电路）点对点槽解决问题这个问题。“对于传感器器件的研究仍然意味着是关于传感元件。

电源、信号处理和电子电路等都应当考虑到在内，这样的构建装置还应该与皮肤、布料等相容，无论是在形状、模量还是在功能上。”潘教授总结说。

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