同时检测接近度-压力-温度的多功能全印刷柔性传感器

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研究背景

物联网(loT) 的快速发展正在为人们通过与智能网络积极互动来生活的前景铺平道路。作为物联网的核心之一，柔性传感器已经吸引了广泛的研究兴趣，因为它们有能力用多功能的感官信息连接个人和周围环境。它们具有可弯曲、可拉伸和重量轻的特点，使它们能够顺应地附着在各种复杂的表面上。与传统的传感器平台通过独立的设备提供一个或两个传感功能不同，多模态传感器努力将多种物理或化学感知整合到一个设备中，从而赋予卓越的智能和互动性。

印刷方法被认为是实现功能性柔性电子的一类通用的制造技术，包括丝网印刷、喷墨印刷和点胶印刷等。它们具有定制原型、简单的制造步骤和可扩展的制造等优点，有望克服多模态传感器的复杂制造问题。此外，大多数印刷技术依赖于对人类友好的功能性油墨，而不是危险化学品(例如，光刻技术中的光刻胶或蚀刻剂)。因此，基于印刷的方案是环境友好的，并有可能大规模地生产用于日常应用的智能多模态传感器。

研究成果

浙江大学Yang Geng、Xu Kaichen教授等人提出了一种完全印刷的柔性三模态传感器片，包含4x4个压力传感器单元，2x2 个温度传感器单元和1个接近传感器单元。其精心设计的结构以三功能的底层电极为特色，有效地扩展了该传感器片的功能，并保持了方便的制造。该多功能装置中的异质传感器单元被合理地整合，以抑制串扰和相互干扰，同时保持紧凑的配置。此外，所有功能的整合实现了双级检测能力，上层的接近感知可以检测到感兴趣的事件，从而唤醒下层的温度和压力感知。这为把密集分布的传感器网络从长期运行中解放出来提供了一个解决方案，从而节省了电力消耗。这种完全可打印的多模态传感器片显示了低成本宏观柔性电子的潜力。相关研究以“A Fully Printed Flexible Sensor Sheet for Simultaneous Proximity–Pressure–Temperature Detection”为题发表在Advanced Materials Technologies期刊上。

研究亮点

1. ?提出了一种可以完全通过印刷技术制造的三模态传感器片。它集成了4x4个压力传感器单元、2x2个温度传感器单元和1个接近传感器单元。

2. ?该装置具有多种传感功能，而无需复杂的结构或制造工艺。

图文导读

Figure 1. Schematic illustration and basic working principles of the fully printed trimodal sensor sheet.

Figure 2. a) Flow chart of fabrication processes using printing technologies. b) Photo of patterns after fabrication step 3, which was attached onto a cylinder (diameter: 8?cm). c) Top- and d) side-view of confocal scanning laser microscopy images of printed elastomers. e) Confocal scanning laser microscopy image of connecting point between silver paste wire and electrode on the bottom electrode layer. f) Photo of the fabricated sensor sheet.

Figure 3. Pressure sensing performance of the fully printed trimodal sensor sheet.

Figure 4. Proximity and temperature sensing performance of the fully printed trimodal sensor sheet.

Figure 5. Application scenarios of the fully printed trimodal sensor sheet.

总结展望

综上所述，作者开发了一种灵活的多模态传感器片，与全打印制造兼容。稳定的和同步的压力-温度-接近感知被实现了，并且具有不可察觉的干扰。精心设计的BEL结构作为所有三种感知的构件，扩展了该传感器片的功能，同时保持了简易的制造和紧凑的配置。双模式检测，一个接触和非接触感知的组合,被证明可以简化接触传感器的测量工作，从而节省了大多数传感器单元的连续操作和低效的能源消耗。此外，上述性能并不归因于特定材料的特殊性能，这表明所提出的传感器结构作为一种通用的解决方案可以通过先进的材料进一步扩展。很少有工作具有三个或更多的独立功能，而且仍然需要复杂的制造工艺。因此，易于制造和高度集成的多模态传感器片有可能成为实现低成本宏观柔性电子系统的一个有前途的途径。

文献链接

A Fully Printed Flexible Sensor Sheet for Simultaneous Proximity–Pressure–Temperature Detection, Adv. Mater. Technol. 2021, 6, 2100616, DOI: 10.1002/admt.202100616

https://doi.org/10.1002/admt.202100616.

同时检测接近度-压力-温度的多功能全印刷柔性传感器

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