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  近期，南方科技大學(xué)力學(xué)與航空航天工程系楊燦輝團(tuán)隊(duì)與深港微電子學(xué)院王敏團(tuán)隊(duì)合作于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上發(fā)表題為“Micro-structured polyelectrolyte elastomer-based ionotronic sensors with high sensitivities and excellent stability for artificial skins”的論文，報(bào)道了基于聚電解質(zhì)彈性體的離電式壓力傳感器。該研究通過軟光刻倒模的方法在聚電解質(zhì)彈性體上成功加工微金字塔陣列，并將其成功組裝成壓力傳感器。該傳感器具有高靈敏度和優(yōu)異的穩(wěn)定性，在人機(jī)交互、軟體機(jī)器人、電子皮膚等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

  隨著人工觸覺和人造皮膚領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于柔性壓力傳感器的性能要求（如靈敏度、穩(wěn)定性等）日益提高。其中，離電式傳感器（Ionotronic sensor or iontronic sensor）受到廣泛的關(guān)注，因其具有非常高的靈敏度。離電式傳感器的高靈敏度是由電子導(dǎo)體/離子導(dǎo)體界面上的雙電層電容（EDL）帶來的。然而，現(xiàn)有的離電式傳感器具有易揮發(fā)、泄漏的液體成分，導(dǎo)致其穩(wěn)定性差。同時(shí)，對(duì)于易泄露的離子液體，其對(duì)于人體健康有潛在的隱患，這對(duì)離電式傳感器在可穿戴器件上的應(yīng)用受到了極大的限制。因此，設(shè)計(jì)兼具高靈敏度、高穩(wěn)定性的無液體成分的離電式傳感器對(duì)于人造皮膚以及可穿戴器件的相關(guān)應(yīng)用至關(guān)重要。

圖1 離電式傳感器的原理、材料以及制備工藝。

圖2 聚電解質(zhì)彈性體的力學(xué)、電學(xué)性能及其優(yōu)化。

圖3 離電式傳感器的性能。

圖4 離電式傳感器在可穿戴鍵盤的應(yīng)用。

  研究人員展示了離電式傳感器在可穿戴鍵盤上的應(yīng)用。如圖4，離電式電容傳感器的電容值被電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路（CDC）轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，由單片機(jī)（MCU）讀取并處理后模擬鍵盤行為輸出到PC終端并顯示（圖4a）。這個(gè)系統(tǒng)可以通過電容值識(shí)別輕重按壓，以及通過按壓時(shí)間識(shí)別長(zhǎng)按短按（圖4b-c）。該可穿戴鍵盤可以用于控制Live2D卡通人物的動(dòng)作以及表情（圖4d）。同時(shí)，通過合理的編碼（圖4e-f），離電式傳感器可以實(shí)現(xiàn)可穿戴的打字功能。這樣的可穿戴鍵盤有機(jī)會(huì)可以給聾啞患者應(yīng)用于日常交流。

圖5 離電式傳感器在控制機(jī)械手的應(yīng)用

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310429