哈工大（深圳）张化宇教授等Nano Energy: 电子皮肤，皱纹状MXene/PDMS复合膜的柔性超灵敏摩擦触觉传感器

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基于触觉传感器的电子皮肤（E-skin）在监测日常健康状况和人工智能中起着重要作用。迫切需要开发出高灵敏度和优异柔韧性的触觉传感器来模拟人类皮肤。

基于此，哈尔滨工业大学（深圳）张化宇教授、中国科学院北京纳米能源与系统研究所杨亚研究员和哈尔滨工业大学韩杰才教授课题组合作在国际期刊Nano Energy (IF 16.602)上发表题为“A flexible ultra-sensitive triboelectric tactile sensor of wrinkled PDMS/MXene composite films for E-skin”的研究论文。

本文要点：

本文报道了一种柔性TENG被构造为自供电式触觉传感器，该柔性TENG基于通过方便的紫外线臭氧（UVO）辐照制备的起皱的PDMS/MXene复合膜。

最佳灵敏度分别在10-80 Pa时达到0.18 V/Pa，在80-800 Pa时达到0.06 V/Pa，高于大多数其他自供电式触觉传感器。低压和高压下不同的灵敏度与皱纹有关，这是通过使用COMSOL软件进行的模拟并结合理论分析来说明的。

该触觉传感器在监测复杂的人类生理信号和模仿人类的触摸感方面显示出良好的应用前景。

亮点（1）提出了一种简便易行的基于起皱的PDMS/MXene的TENGs制造柔性自供电触觉传感器的方法。

图1.基于起皱的PDMS / MXene复合膜的摩擦电触觉传感器。

（a）制作过程示意图。

（b）真实图像。

（c）灵活性示范。

图2. UVO照射前后的PDMS：

（a）表面和截面SEM图像。

（b）峰值输出电压。

（c）FT-IR光谱。

（d）KPFM测量的CPD。

（e）在10 Pa至800 Pa的不同压力下，基于PDMS的TENG的输出电压。

图3. UVO照射60分钟后，基于PDMS / MXene的传感器的摩擦电性能：

（a）SEM图像。

（b）起皱的PDMS / MXene和PDMS的性能比较。

（c）在10 Pa至800 Pa压力下的详细输出电压。

（d）初始状态下和10000个工作循环后传感器的输出电压。插图是10000个工作循环后的皱纹表面SEM图像。

亮点（2）该触觉传感器在10〜80 Pa时具有0.18 V / Pa的超高灵敏度，而在80〜800 Pa时则具有0.06 V / Pa的超高灵敏度，由于PDMS的掺杂和表面皱纹而通过仿真分析得到验证。

图4.结合相关理论和COMSOL进行的仿真。

（a）PDMS表面皱纹的示意图，该皱纹可以用一个小区域表示。

（b）COMSOL模拟的具有不同下沉距离的电势分布。

（c）比较模拟结果和输出电压随压力变化的实验值。

亮点（3）触觉传感器可以监视复杂的人类生理信号，并模仿人类的触觉。

图5.我们的触觉传感器的实时V-t曲线。

（a）脉冲。

（b）心跳。

（c）呼吸。

（d）二头肌屈伸。

（e）抓住五个不同的重量。

原文链接
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105663

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