柔性电子皮肤是一种像人体皮肤一样可以感知各种刺激的多功能传感器阵列,在医疗保健、运动监测、人机交互等领域显现出极强的应用前景。由于压力和温度是人体皮肤感知最为重要的两个物理量,因此,一方面,要求柔性电子皮肤对压力和温度具有互不干扰的感知功能;另外一方面,要求柔性电子皮肤在感知压力和温度时不受拉应变的干扰。但是,在单一柔性传感器中同时满足上述两个要求仍然是一个挑战。
近期,中科院上海硅酸盐所孙静研究员、王冉冉研究员与中科院福建物构所王观娥研究员等合作,选择微结构化的纤维素膜为柔性衬底,导电MOF Ni3(HiTP)2为敏感材料,设计制备了柔性压力—温度双功能传感器。利用导电MOF的压阻效应,该传感器可以实现压力传感功能(感应范围:300kPa,最大灵敏度:61.61kPa-1),而利用导电MOF的热电效应,该传感器又可以实现温度传感功能(灵敏度:57.1μV/K)。基于不同的感知原理,该柔性传感器具有互不干扰的压力—温度双感知功能。此外,利用微结构纤维素膜杨氏模量高于PDMS的特点,该柔性传感器在感知压力和温度时不受拉应力的干扰,可以集成仿人体皮肤的传感阵列实现对压力和温度的静态与动态分布的精准感知。
图1 基于导电MOF Ni3(HiTP)2的柔性压力—温度双功能传感器的传感性能图
图2 基于导电MOF Ni3(HiTP)2的柔性压力—温度双功能传感阵列对压力和温度的静态与动态变化感知图。
上述工作以“Mutually Noninterfering Flexible Pressure–Temperature Dual-Modal Sensors Based on Conductive Metal–Organic Framework for Electronic Skin”为标题发表在《ACS Nano》(DOI:10.1021/acsnano.1c07388)上。文章的第一作者是上海硅酸盐所博士生李毓祥,上海硅酸盐所孙静研究员、王冉冉研究员与福建物构所王观娥副研究员为本文章的共同通讯作者。
该研究工作得到了中科院青年创新促进会、国家自然科学基金等项目的资助。
论文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c07388
- 天津大学张雷教授/杨静副教授 JACS:-78℃下自愈的电子皮肤 - 具极地探索的应用潜力 2024-03-24
- 澳门大学周冰朴课题组 ACS Nano:可因应“压力”、“拉力”而输出非重叠电信号的透气、防水柔性电子皮肤 2022-07-22
- 苏州大学严锋教授团队《AM》:会呼吸、能排汗、可抑菌的聚离子液体柔性电子皮肤 2021-11-13
- 天津科技大学钟成教授团队 Small:多功能不对称细菌纤维素伤口敷料 2023-08-23
- 华中大杨光、武大孙志军/卜琳琳《Nano Res.》:植入式多功能氧化细菌纤维素膜联合光热增强肿瘤免疫治疗抑制头颈鳞癌术后复发 2022-09-28
- 浙理工易玲敏课题组《Chem. Eng. J.》:静电场辅助自组装制备具有多层次微结构的柔性纤维素膜并用于日间被动辐射制冷 2022-08-16
- 北京师范大学刘楠教授团队 AFM:基于导电MOF/MXene的多功能生物传感器用于健康监测 2023-12-19