基于電紡自組織金字塔微結(jié)構(gòu)的高性能、高舒適性貼膚傳感器

【南京大學(xué)電子學(xué)院：基于電紡自組織金字塔微結(jié)構(gòu)的高性能、高舒適性貼膚傳感器】

近日，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院潘力佳、施毅教授團(tuán)隊在電子皮膚器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。貼合皮膚器件在醫(yī)療保健、行為監(jiān)測、個人防護(hù)、自供電和人機(jī)互動等方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

為了實現(xiàn)貼合皮膚器件的舒適性，并減少感覺干擾與觸覺損失，研究人員利用靜電紡絲技術(shù)制備超薄、超輕、透氣的功能膜，最大限度地減少器件粘貼對皮膚造成的觸覺干擾與使用不適感。然而，受限于靜電紡絲的隨機(jī)沉積方式，目前的無感式功能膜表面平坦，具有較差的光、熱、力、電性能，導(dǎo)致器件性能較差。因此，開發(fā)新型微結(jié)構(gòu)材料，提高無感型器件的性能表現(xiàn)成為相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家所面臨的重大挑戰(zhàn)。

圖1. 材料結(jié)構(gòu)設(shè)計圖.

圖2. EMPA膜在日間輻射制冷、高靈敏壓力傳感和高效生物能收集方面

最近，該研究團(tuán)隊研制出一種電紡自組裝微金字塔陣列膜，該膜具有超薄、超輕、透氣的結(jié)構(gòu)及良好的光、熱、力、電性能，賦予舒適型貼合皮膚器件在日間輻射制冷、壓力傳感和生物能收集等領(lǐng)域優(yōu)良的性能表現(xiàn)（圖1）。在一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)度（1 kW m–2）下，金字塔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的輻射制冷性能，該結(jié)構(gòu)織物可以將皮膚周圍的溫度降低約4 ℃。所研制的壓容-摩擦電復(fù)合傳感器兼具高靈敏度和快響應(yīng)時間。靈敏度達(dá)到19 kPa–1、檢出限低至0.05 Pa、響應(yīng)時間快至0.8 ms。EMPA生物機(jī)械能收集器的能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到42%（圖2）。

得益于上述性能優(yōu)勢，EMPA器件適用于對電子競技運動員、司機(jī)等人員進(jìn)行長期的健康、情緒及壓力監(jiān)測，自供電動作監(jiān)測及個人熱輻射防護(hù)而不影響相關(guān)工作人員的正常操作，位于指尖的傳感器可以在動作操作壓力檢測的同時獲得人員的脈搏信息。

審核編輯 黃昊宇