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東北師大湯慶鑫教授團隊、梁中翥團隊 AFM：一種新型超柔電子紋身傳感器 - 助力視障人群清晰識別紙張上手寫筆跡

2023-09-19 來源：高分子科技

拓展視障人群閱讀能力，降低視障人群的學習、娛樂、交流障礙，對于提高他們的生活質量上具有重要意義。然而，現階段，視障人士主要是通過有聲讀物、盲文方便閱讀。電子書和盲文書的資源匱乏，尤其是專業書籍的資源匱乏，使得視障人士的閱讀受到了眾多的限制。

近期，東北師范大學湯慶鑫教授團隊、梁中翥團隊合作開發了一種新型超柔電子紋身傳感器，具有清晰識別紙張上的毛筆和鉛筆筆跡的驚人能力（圖1，圖2）。這種傳感器具有輕薄的特點，可以貼合在人體皮膚上，并隨著人體皮膚的形變而形變，并依舊保持其功能性。這種器件制備只需要在有機半導體上簡單地沉積電極就可以實現。其基本原理是利用了導體對于電容邊緣電場的干擾效應、絕緣材料容易帶電從而對于柔性有機半導體的類柵壓作用，來實現對紙、墨、鉛筆石墨的識別。他們將兩種機理集成到單一器件中，同時檢測電極之間的電容值和電流值，僅基于單個電子紋身裝置就實現了對導體和絕緣體的區分識別（圖2a），大大提高了器件集成度。并且基于兩種原理的集成器件也能夠大大提高響應靈敏度，有利于獲得更精準的探測。除此之外，接近距離對響應幅度的影響很大。基于這一響應特性，傳感器還可以識別出接近物體的三維形狀（圖3）。這些結果為實現材料類別識別開辟了新的途徑，為幫助視障人士有效地重新融入社會提供了一種人性化的方式，拓寬了接近傳感器的應用領域。該工作以“Handwriting Character Recognition Based on Conductor/Insulator Identifiable E-Tattoo Proximity Sensorsfor Blinds”為題發表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater.2023, 2306704）。文章第一作者是東北師范大學碩士劉伽儀。該研究得到國家自然科學基金委、科技部、教育部的支持。

圖1 傳感器工作原理和對毛筆、鉛筆字符的檢測。

圖2（a,b）傳感器對紙張、墨水痕跡和鉛筆痕跡的垂直接近響應和平移接近響應；（c）傳感器陣列對毛筆和鉛筆字符的電流電容響應映射。

圖3傳感器陣列識別物體三維形狀。

該工作是課題組近期關于柔性可貼合接近傳感器研究的最新進展之一。常見的接近傳感器檢測材料的局限性，以及硬質襯底的使用，往往使接近傳感器的應用受限。為此團隊制備了基于電容和場效應原理的接近傳感器，可檢測日常生活中因不經意帶電的絕緣物體以及導體（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 55083；ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 49085； ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 2785.）。在過去十年中湯慶鑫教授團隊一直致力于超柔電子器件研究（Mater. Today Phys.2023. 36. 101157；Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2206765；Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007894；Adv. Funct. Mater. 2020, 30(51), 2006271），發現了有機器件電流對于絕緣材料靈敏探測的特性，并開發了基于有機場效應機理的類皮膚接近傳感器（Adv. Mater. Interfaces 2020, 7, 2000306）。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202306704

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（責任編輯：xu）

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