基于納米發電機的觸覺傳感在柔性可穿戴電子設備中的研究與應用*

王闖 鮑容容? 潘曹峰?

1) (廣西大學物理科學與工程技術學院, 南寧 530004)

2) (中國科學院北京納米與能源系統研究所, 北京 101400)

柔性可穿戴電子設備因其在人工智能、健康醫療等領域的應用而受到了人們的極大關注.然而, 如何降低功耗或實現自供能一直是阻礙其廣泛應用的瓶頸.隨著納米發電機與自驅動技術的興起, 尤其以摩擦納米發電機(TENG)與壓電納米發電機(PENG)代表的研究, 為解決可穿戴傳感器電源的問題提供了可行的方案.TENG和PENG分別基于摩擦起電效應與壓電效應, 可以將機械能轉化為電能, 同時具備可拉伸性、生物相容性和自愈性等優良特性, 已經廣泛應用于自驅動的觸覺傳感器的設計制備中, 并作為下一代可穿戴電子設備的技術基礎展現出巨大的應用潛力.基于該領域的最新進展, 本文對TENG與PENG的機理進行概述, 對其性能優化途徑進行歸納, 再結合材料、器件的設計等討論應力應變與分布、滑移等納米發電機自驅動傳感器的制備與應用研究.最后, 對自驅動觸覺傳感器目前存在的問題與挑戰進行討論, 并對未來的發展進行展望.

1 引 言

隨著第四次工業革命的推進, 諸如物聯網、大數據、類人機器人和人工智能等新興產業和交叉學科的研究浪潮正在爆發.這些功能性電子設備的飛速發展正在改變人們彼此之間及與周圍環境進行交流的方式, 從而將我們的世界集成到了一個智能信息網絡中.可穿戴電子設備因其在智能……