济南大学李阳课题组：具有双面微结构的柔性压力传感器检测人体运动和生理信号

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随着可穿戴电子设备需求的增长，在电子皮肤中起关键作用的柔性压力传感器引起了广泛的研究兴趣，许多研究工作已致力于改善其性能。目前通常在生物材料模板或光刻技术的帮助下制造在压力传感器中的传感层。尽管这两种方法各有优势，但它们的缺点也很明显，光刻技术的制造过程比较复杂、费时且成本高，基于生物材料模板的方法在微结构的细节上（如形状、尺寸和间距）不能被任意控制。

近日，济南大学信息科学与工程学院李阳副教授团队巧妙地以Anodized Aluminum Oxide(AAO)为模板在poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)]的上下表面实现 “纳米压印”过程，简便且经济地引入双面有序排列的微结构，大大地提升了器件性能。该研究成果以“Anodized Aluminum Oxide-Assisted Low-Cost Flexible Capacitive Pressure Sensors Based on Double-Sided Nanopillars by a Facile Fabrication Method”为题发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。文章第一作者为2018级研究生郭云建，通讯作者为李阳副教授，济南大学为第一作者单位。

图1. 柔性压力传感器的制备过程

以AAO为模板，通过热变形和热压两种工艺分别在P(VDF-TrFE)介质层的上下表面制备规则排列的纳米柱结构。

图2. 传感性能的评估。

组装的电容式压力传感器具有高的灵敏度（0.35 kPa^-1），宽的工作范围（4 Pa–25 kPa）和快速响应时间（48 ms），并且在垂直压力和弯曲状态下都保持优异的稳定性。

图3. 在生理信号检测上的应用。

图4. 在人体姿态检测上的应用。

基于器件的优异性能，使其适用于检测人体姿态与生理信号（心跳、脉搏、呼吸、语音和运动）等的各种应用中。

图5. 压力的阵列映射和接近感应。

6×6像素的传感器阵列对压力有精准的空间映射，同时，接近感应能力使器件能识别由不同材料构成的物体以及两者之间的距离，并且阵列能感应到非接触物体的形状。

该研究团队提出了利用AAO为模板这种简便而有效的方法，来实现基于P（VDF-TrFE）介电层的柔性电容式压力传感器，使器件在响应/恢复时间、灵敏度、稳定性、非接触检测方面均展现出了优异的性能，使该器件除了能够对人体姿态与生理信号检测以外，还进一步拓宽了柔性传感器件在人体轻量化装备、医疗保健监控、智能机器人皮肤和人机界面等方面的应用。

该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金优秀青年基金和中国博士后基金等项目的资助。

文献链接：Anodized Aluminum Oxide-Assisted Low-Cost Flexible Capacitive Pressure Sensors Based on Double-Sided Nanopillars by a Facile Fabrication Method （ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019，DOI:10.1021/acsami.9b17966）

https://doi.org/10.1021/acsami.9b17966

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