宁波材料所陈涛研究员、肖鹏副研究员AFM：在蝙蝠翼膜启发的气流传感系统方面取得进展

点击上方“蓝字” 一键订阅

在自然界中，生物体拥有复杂多样的感官系统，可以对机械、温度、湿度和其他不易察觉的外部刺激（如气味、光线、声音、微风等）作出反应，有效地感知环境信息。其中，气流感知功能是生物的感觉系统的重要组成部分，它可以在不确定的环境中（如黑暗、嘈杂等）对非接触刺激作出有效反应，以应对不可察觉的危险。实际上，在实际应用中，由于气流感知在呼吸监测、飞机飞行控制、天气观测、煤矿预警等方面具有广泛而多样的应用，迫切需要实现敏感而迅速的气流感知。近年来，人们为开发气流传感器做出了大量努力，基于机械形变机理的气流传感器因其优异的柔性和灵敏响应性而引起广泛关注。然而，以一种简单、可控的策略制造具有高灵敏度和自适应性的气流传感器仍然是一个挑战。

近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员、肖鹏副研究员基于在碳基/高分子复合薄膜的构筑及其柔性传感器方面的研究基础（Chem. Mater., 2016, 28, 7125；ACS Nano, 2019, 13, 4368; Nano Energy, 2019, 59, 422; Nature Commun., 2020, 11, 4359; Nano Energy, 2021, 81, 105617等），受到蝙蝠翼膜优异的气流感知能力启发，开发了一种基于微弹簧效应的高效气流传感系统。

图1 受蝙蝠翼膜启发的高灵敏和自适应的薄膜式气流传感器的示意图

本工作采用界面自组装和原位功能化手段在水/空气界面实现了石墨烯/单壁碳纳米管（SWNTs）- Ecoflex复合薄膜（GSEM）的构筑。其中，由于石墨烯和碳纳米管杂化形成特殊的微弹簧结构，导致在气流刺激下接触电阻急剧变化，赋予该气流传感器优异的传感性能，包括超低的流速检测下限（0.0176ms^-1）、快速响应时间（≈1.04s）和恢复时间（≈1.28s）。基于GSEM的气流传感器可以共形贴附在不同基底表面（包括玻璃片、柔性硅胶板、圆底烧瓶底和粗糙石头表面）并表现出稳定相似的气流传感性能，展示出优异的自适应性。作为概念验证，该气流传感器可用于实现非接触操纵。它可应用于智能窗户系统，实现流速阈值控制的窗户智能开关行为。此外，科研人员设计了一个气流传感器阵列用来区分所施加的气流刺激大小和空间分布，基于GSEM的气流传感器被进一步集成到一个无线小车系统中并能够灵敏地捕获气流流速信息，实现小车运动方向的实时操纵。未来，基于微弹簧效应的气流传感系统有望在可穿戴电子设备和非接触式智能操纵领域获得广泛应用。

图2 气流传感器在非接触式操纵中的应用：a) 基于气流阈值控制窗户智能开关，b) 利用气流传感器阵列实现无线小车运动方向的实时操控

该工作以“Bionic Adaptive Thin-Membranes Sensory System Based on Microspring Effect for High-Sensitive Airflow Perception and Noncontact Manipulation”为题发表在Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10. 1002/adfm. 202105323。本研究得到了国家自然科学基金（52073295、51803226）、国家自然科学基金委中德交流项目（M-0424）、中科院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-SLH036）、中国科学院国际合作局（174433KYSB20170061）及王宽诚国际交叉团队（GJTD-2019-13）等项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105323

相关进展

中科院宁波材料所陈涛研究员和张佳玮研究员团队Chem. Sci.综述：形变高分子水凝胶：从记忆到驱动

宁波材料所陈涛研究员、张佳玮研究员团队CEJ：在智能高分子水凝胶传感驱动功能集成方面取得进展

中科院宁波材料所陈涛研究员、路伟研究员团队在智能荧光高分子水凝胶的构建及其三维信息加密领域取得新进展

宁波材料所陈涛研究员课题组在鱼鳔启发的水下自感知软体驱动器方面取得进展

宁波材料所陈涛研究员、张佳玮研究员团队：在多场协同远程控制的水凝胶“变形金刚”领域取得进展

宁波材料所陈涛研究员团队与纳米能源所王中林院士、潘曹峰研究员团队合作《AM》：开发出自修复、可粘附高分子水凝胶柔性触摸屏

中科院宁波材料所陈涛研究员课题组《Small》：在水凝胶可编程化智能变形领域取得进展

宁波材料所陈涛研究员课题组和北航刘明杰教授课题组合作《Angew》：在瞬态荧光水凝胶用于多级信息加密-解密-自擦除方面取得进展

宁波材料所陈涛研究员/深圳大学周学昌教授Mater. Horiz.综述：仿生防冻高分子水凝胶：让软湿材料在极寒条件下保持生命力

中科院宁波材料所陈涛研究员/香港科大唐本忠院士在《ANGEW》发表综述：荧光高分子水凝胶中的多彩世界
中科院宁波材料所陈涛研究员团队《Nat. Commun.》: 开发出无束缚、可编程的“保鲜膜”软体机器人

中科院宁波材料所陈涛研究员团队在铁兰启发的有机凝胶进行光热空气集水方面取得进展

中科院宁波材料所陈涛研究员课题组在仿生调控砂子用于海水淡化与净水收集方面取得进展

中科院宁波材料所陈涛研究员团队:在自保护、人机互动柔性织物传感器方面取得进展

中科院宁波材料所张佳玮研究员与陈涛研究员团队：抗冻可拉伸有机水凝胶软驱动器

中科院宁波材料所陈涛研究员课题组在高分子水凝胶驱动器方面取得新进展

中科院宁波材料所陈涛研究员课题组在智能荧光高分子水凝胶的材料构建及其功能协同方面取得新进展

中科院宁波材料所陈涛研究员团队在非对称仿生界面高分子复合材料用于太阳能海水淡化方面取得系列进展

宁波材料所陈涛研究员在生物可降解油水分离材料方面取得新进展

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多