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近年來(lái)，隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，人們對(duì)電子器件的要求越來(lái)越高，柔性傳感器在各個(gè)領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，兼具高靈敏度和寬檢測(cè)范圍的柔性傳感器一直是迫切需要的。該課題組受人體皮膚結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過(guò)綠色環(huán)保的方法制備了一種具有梯度孔結(jié)構(gòu)的Ppy/PDMS柔性壓力傳感器。由于梯度孔隙結(jié)構(gòu)的存在，該傳感器具有自上而下的梯度模量，大孔隙產(chǎn)生的增強(qiáng)壓縮性和小孔隙產(chǎn)生的優(yōu)異應(yīng)力適應(yīng)特性相結(jié)合，從而使壓力傳感器具有優(yōu)異的靈敏度(S=31.4)，寬壓縮應(yīng)變范圍(0-70%)和出色的穩(wěn)定性(10000次循環(huán))。該方法為如何制備具有高靈敏度和寬檢測(cè)范圍的柔性壓力傳感器提供了解決思路，在智能可穿戴、人機(jī)交互等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

圖1 (a)皮膚梯度結(jié)構(gòu)的生物靈感; (b)柔性壓力傳感器制備示意圖。

得益于其令人印象深刻的傳感能力，該傳感器可以用于監(jiān)測(cè)各種人體運(yùn)動(dòng)，包括微妙的生理信號(hào)(脈搏)和大動(dòng)作(手腕彎曲，肘部彎曲)等。此外，它在人機(jī)交互系統(tǒng)以及信息加密/解密、信息傳遞、聾啞人通信等新興領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

圖2(a)人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)示意圖; (b)尺動(dòng)脈(插圖為單個(gè)脈沖信號(hào)的變化)，(c)說(shuō)“你好”，(d)手腕屈曲，(e)手指關(guān)節(jié)，(f)手指按壓，(g)人體踩在傳感器上的光學(xué)圖像和相對(duì)電流變化。

圖3(a)手與機(jī)械手的同步運(yùn)動(dòng);(b)傳感器對(duì)(a)中手勢(shì)的響應(yīng);(c)機(jī)械手握住不同物體的照片和(d)信號(hào)圖:膠帶、鼠標(biāo)、橙子;(e)莫爾斯電碼表;(f)輸出“QUST”的摩爾斯電碼信號(hào)圖。

更多信息請(qǐng)參見(jiàn)Chemical Engineering Journal(中科院一區(qū)TOP，IF=15.1)期刊上“Gradient Pore Structured Ppy/PDMS Conductive Sponge for Flexible Pressure Sensor”為題發(fā)表的論文(DOI: 10.1016/j.cej.2024.151049）。本文第一作者為青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生陸鵬林，通訊作者為青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院觀姍姍副教授。此研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(51903133)和山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019GGX103030)的支持。