<strike id="moauw"></strike>


  • 

  • 
 
    
     
	        
      
     
		
    
		   返回首頁 | 加入收藏 | 設(shè)為首頁 
		
    
      
      
      
     
        
      
        
    
		
    
			山東化學(xué)化工學(xué)會(huì)
		
    
		
     
        
    
		

		

      
      
         

    
        
        
        
        
    
        
    
        
        
        
        
    
            
    基于自相似微納米纖維的超延展壓電傳感器
    
            
    
                瀏覽次數(shù)： 342
                  發(fā)布時(shí)間：2017-09-12 09:05:32                  發(fā)布人：editor
    
            
    
                 
     　　柔性電子技術(shù)近些年已拓展到了更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，如可穿戴表皮電子，人機(jī)接口，人體健康監(jiān)測，電子皮膚等，這些新興應(yīng)用驅(qū)動(dòng)了可共形于復(fù)雜表面并承受較大應(yīng)變的可拉伸傳感器的發(fā)展?？衫靷鞲衅魍ǔＪ抢每衫觳牧先缂{米材料，橡膠狀材料，液態(tài)金屬等導(dǎo)電流體，或者基于可拉伸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如蜿蜒結(jié)構(gòu)、自相似結(jié)構(gòu)等。但是，可拉伸傳感器中所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)通常是基于光刻工藝制備的，其制作工藝較為復(fù)雜，成本較高，不適用于大批量低成本的生產(chǎn)。于此同時(shí)，很多可拉伸傳感器存在一定的局限性，如傳感器單元本身不能拉伸，傳感器系統(tǒng)拉伸能力有限(通常小于100%)，并需要外加輔助電壓等。因此，迫切需要一種低成本的制造工藝，制備出高可拉伸性柔性傳感器，促進(jìn)可拉伸傳感技術(shù)在柔性電子領(lǐng)域的發(fā)展。
    

     
    

    　　【成果簡介】
    

     
    

    　　近日，華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院黃永安教授(第一作者)，段永青博士(通訊作者)和尹周平教授(通訊作者)提出了一種利用自相似壓電微納米纖維制備出超高可拉伸性的自供電傳感器的新方法。這種傳感器可以實(shí)現(xiàn)超高的可拉伸性(300%)，超低的探測極限(小于1mg)，和極佳的穩(wěn)定性(在150%的拉伸應(yīng)變下工作大于1400次)。其制備方案核心是利用作者新提出螺旋電流體噴印技術(shù)(HE-Printing)結(jié)合可控自組裝屈曲制備出自相似結(jié)構(gòu)的微納米PVDF纖維。這種自相似結(jié)構(gòu)的壓電纖維為傳感器提供了遠(yuǎn)超同類的超強(qiáng)的可拉伸性能，同時(shí)避免了膜基結(jié)構(gòu)的面外變形，為傳感器提供了穩(wěn)定而持續(xù)的信號輸出和極低的探測極限。于此同時(shí)，這種傳感器可以同時(shí)測量自身拉伸狀態(tài)和多種外加載荷信息如加載幅值，頻率并在不同拉伸情況下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這種傳感器甚至可以在一定距離外探測人體運(yùn)動(dòng)如呼吸和走路。相關(guān)成果以題為“Hyper-stretchable self-powered sensors based on electrohydrodynamically printed, self-similar piezoelectric nano/microfibers”發(fā)表在 Nano Energy 上。參與該項(xiàng)目的還有博士生丁亞江，卞敬，中科院力學(xué)所蘇業(yè)旺研究員和武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室周軍教授。
    

     
    

    　　【圖文導(dǎo)讀】
    

     
    

    　　圖1：設(shè)計(jì)概念與器件結(jié)構(gòu)
    

     
    

    

    　　
    

     
    

     
    

     
    

    　　注：自供電傳感器的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備過程及實(shí)物照片;該傳感器可以承受超過300%的拉伸應(yīng)變。
    

     
    

    　　圖2：利用螺旋電流體噴印技術(shù)制備蜿蜒結(jié)構(gòu)微納米纖維
    

     
    

    

     
    

     
    

     
    

    　　注：螺旋電流體噴印技術(shù)通過調(diào)整工藝參數(shù)可以以直寫的方式低成本，大批量的制備不同尺寸與形狀的蜿蜒微納米結(jié)構(gòu)，結(jié)合自組裝屈曲過程，可以快速低成本的制備各種尺寸和形狀的自相似微納米結(jié)構(gòu)。
    

     
    

    　　圖3: 超高可拉伸性的自供電傳感器的拉伸響應(yīng)
    

     
    

    

    　　
    

     
    

     
    

     
    

    　　注：利用電動(dòng)拉伸平臺(tái)進(jìn)行拉伸性能測試與表征，該種傳感器體現(xiàn)出極強(qiáng)的拉伸性能，較好的傳感性能和穩(wěn)定工作狀態(tài)。
    

     
    

    　　圖4： 自供電傳感器的應(yīng)用
    

     
    

    

    　　
    

     
    

     
    

     
    

    　　注：這種傳感器可以同時(shí)測量多種外加載荷信息如加載幅值，頻率并在不同拉伸情況下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這種傳感器有極高的敏感性，甚至可以在一定距離外探測人體運(yùn)動(dòng)如呼吸和走路。
    

     
    

    　　【小結(jié)】
    

     
    

    　　該工作利用成本低廉的螺旋電流體噴印技術(shù)(HE-Printing)制備出有超強(qiáng)拉伸性能的自供電傳感器，開創(chuàng)了利用低成本工藝制備高性能，高可拉伸性傳感器的先河。這種傳感器可以實(shí)現(xiàn)超高的可拉伸性，超低的探測極限，和極佳的穩(wěn)定性，這種高性能的傳感器有望在新一代人造皮膚中得到廣泛應(yīng)用。
    

     
    

    　　文獻(xiàn)鏈接：Hyper-stretchable self-powered sensors based on electrohydrodynamically printed, self-similar piezoelectric nano/microfibers (Nano Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.07.048)