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深圳先进院织物基底的压电压力传感器研究获进展

  近日,中国科学院深圳先进技术研究院微创中心研究员王磊团队设计出一种基于ZnO纳米棒结构的新型柔性织物基底压电压力传感器,相关研究成果以High-Performance Textile Piezoelectric Pressure Sensor with Novel Structural Hierarchy Based on ZnO Nanorods Array for Wearable Application为题,发表在Nano Research上。

  柔性可穿戴电子器件因其优异的灵敏度、可延展性、耐久性以及与人体皮肤的相容性而得到广泛的研究。特别是自供电智能穿戴设备,能够有效地将各种机械运动转化为电能,解决了穿戴式电子设备电源体积大、刚性差的缺点。课题组成员设计了一种基于ZnO纳米棒结构的新型柔性织物基底压电压力传感器,采用纤锌矿晶体结构的ZnO纳米棒和PVDF膜来赋予压电效应。传感器在0-2.5kPa压力范围内的灵敏度为0.62V/kPa,开路电压高达11.47V左右,具有优越的机械稳定性和低检测限(8.71pa)。

  应用证明,传感器可以检测多种人体运动,如手腕的弯曲/放松运动和每个手指的弯曲/拉伸运动。因此,所制备的织物基底压电传感器可用于构建自供电压电传感器,并可用于实时监测人体信息。

  深圳先进院客座学生谭永松为论文第一作者,王磊为论文的共同通讯作者,研究工作主体在深圳先进院完成。

  T-FPE的传感性能。(a)不同压力(0.25-2.5kPa)下的压电输出电压(b)T-FPES在2.5kpa不同频率(0.1-1Hz)压力下的输出电压(c)不同压电层的输出电压(d)T-PEPS在2000个工作循环下的传感稳定性试验

  压电传感器的应用演示。(a)T-PEPS在小/大弯曲位置产生的输出电压(a)的插图分别显示了T-PEPS在小/大弯曲位置的照片(b)手腕在不同弯曲度下的输出电压(c)手指弯曲和拉伸分别为5°、30°和60°时的输出电压(d)不同手指的输出电压(e)监测不同物体时传感器的输出电压


研究团队单位:深圳先进技术研究院

分类标签:科学进展  

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