與非網(wǎng)6月25日訊 近日，澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院助理教授周冰樸的研究團隊設(shè)計出一種新穎的復(fù)合介電體，實現(xiàn)了穿戴式柔性電容式觸覺傳感器的高靈敏度和超寬線性范圍的同步優(yōu)化。該器件在無外部供電的狀態(tài)下亦能夠正常運作，可以應(yīng)用于健康監(jiān)測、人機交互及智能控制等不同領(lǐng)域。該研究成果已獲國際頂級學(xué)術(shù)期刊《先進材料》（Advanced Materials）發(fā)表。

　　近年來，柔性可穿戴傳感器件因其在健康醫(yī)療、電子皮膚及智能交互等諸多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而吸引了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的電容式柔性觸覺傳感器因介電層的非線性介電行為和機械變形的限制，其有效工作范圍往往局限于10~100 kPa量級，且難以在檢測靈敏度和線性范圍等關(guān)鍵參數(shù)進行有效的同步優(yōu)化，成為制約其進一步面向?qū)嶋H應(yīng)用的重要原因之一。寬線性范圍及高靈敏度的共存，能夠確保器件在不同壓力范圍均保持出色的檢測性能，既有利于在不同場景下的應(yīng)用拓展，亦簡化了后續(xù)電信號的提取及分析。

　　受人體皮膚結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研究團隊設(shè)計出一種由低介電的微纖毛陣列和高介電的粗糙表面及微穹頂陣列構(gòu)成的復(fù)合介電體。該復(fù)合介電體具有梯度式的介電特性和可壓縮性，能夠在不同壓力作用下實現(xiàn)低、高介電組分的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換，以滿足介電性能和機械性能隨壓力的線性變化，從而實現(xiàn)了電容式傳感器件在高達1000 kPa的超寬范圍內(nèi)維持線性工作及穩(wěn)定的靈敏度。該復(fù)合介電體同樣適用于摩擦發(fā)電式觸覺傳感器，其線性介電行為以及復(fù)合結(jié)構(gòu)既可實現(xiàn)等效面電荷密度隨壓力的線性變化，又可增強接觸起電及靜電感應(yīng)。因此，該傳感器亦可作為一種自供電檢測設(shè)備，在同樣高達1000 kPa的超寬壓力范圍內(nèi)，有效地將外力刺激線性地轉(zhuǎn)換為電壓信號，對人體的健康特征及體動等進行實時的監(jiān)測。

　　基于同步實現(xiàn)的高靈敏度和超寬線性范圍，傳感器可在很寬的壓力范圍內(nèi)維持對壓力的高分辨率。因此，傳感器件不僅可以感知不同應(yīng)用場景中人體的生理信號（如脈搏、呼吸），用于健康監(jiān)測，還可組合施加的外力，將電容或電壓信號編碼為控制指令，用于人機交互及智能控制。由于控制指令的輸出可完全由單個傳感器件實現(xiàn)，避免了多傳感元件集成化的需求以及復(fù)雜的信號處理和轉(zhuǎn)換。該復(fù)合介電體的設(shè)計解決了傳統(tǒng)介電體的介電行為和機械行為難以分別調(diào)控的問題，為高性能柔性觸覺傳感器的發(fā)展提供了新穎的策略。

　　澳門大學(xué)（university of macau, um），于1981 年成立，是澳門特區(qū)唯一的一所綜合性公立大學(xué)。經(jīng)過35年的發(fā)展，澳大在教學(xué)、研究和社群服務(wù)領(lǐng)域均取得卓越的貢獻，并已發(fā)展成為珠三角區(qū)最優(yōu)秀的國際型綜合性大學(xué)之一。澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究所（institute of applied physics and materials engineering, iapme）成立 于 2014 年，擁有一個寬敞、舒適、自由的交流和學(xué)習(xí)環(huán)境。研究所擁有總價值超過1.2 億港幣的先進大型設(shè)備，能夠覆蓋和滿足不同領(lǐng)域的科研要求。 周冰樸教授具有物理，納米材料，微流體力學(xué)，表面界面科學(xué)等多學(xué)科背景；研究組現(xiàn)正面向全球招聘優(yōu)秀博士研究生，開展基于微流體平臺的生物傳感器件及系統(tǒng)。研究組近年已在國際雜志發(fā)表近三十篇學(xué)術(shù)論文，主要成果發(fā)表于lab on a chip, biosensors & bioelectronics, acs applied materials & interfaces, nanoscale等。研究組學(xué)術(shù)氛圍寬松，也歡迎學(xué)生根據(jù)個人興趣選擇研究方向，可與導(dǎo)師協(xié)商以選擇更適宜的研究課題。

　　論文的第一作者為澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院博士生冀冰。此項研究由澳門特別行政區(qū)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金（文件編號：0037/2018/A1）及澳門大學(xué)（文件編號：MYRG2017-00089-FST, MYRG2018-00063-IAPME）資助。