香港理工大学《JMCA》：石墨烯涂层使高性能压离子传感器能够用于空间、手势和物体识别
1成果简介
在自供电应变传感器中，将机械力转换为电信号至关重要。与压电材料相比，压电离子材料在自供电应变传感器中显示出巨大的潜力，因为它具有由压力下的离子梯度引起的被动和方向识别特性。然而，当在实际应用中使用时，压电离子传感器的低信号输出（小于5mV）可能会受到生物电的影响。此外，通常使用的金属电极在高应变和长期应变下会出现断裂。
本文，香港理工大学 Wei Chen 等研究人员在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“A conformal van der Waals graphene coating enabled high-performance piezo-ionic sensor for spatial, gesture, and object recognition”的论文，研究使用干涂层方法制备了具有范德华（vdW）结构的高度共形、高度导电（最小薄层电阻为16ohm sq−1）和高度变形的石墨烯电极。这种共形vdW石墨烯（vdWGR）电极可以将信号输出提高到90.3mV，并在10 000次循环，避免了使用过程中的生物电干扰和电极断裂。
有趣的是，vdWGR辅助的压电离子传感器在被软物体触摸时表现出特殊的“反弹”峰值，可用于物体识别。我们利用压电离子应变传感器在峰值、方向性和形状方面的差异，展示了它在空间、手势和物体识别中的应用。高性能vdW石墨烯电极的制备方法可以扩展到其他柔性电极或电子器件。此外，识别物体柔软度或硬度的压电离子效应可能有助于压电离子传感器在更多应用中的应用。
2图文导读
图1、压电离子效应
图2、vdWGR电极涂层
图3、用于弯曲的 vdWGRNS
图4、用于触摸的 vdWGRNS
图5、vdWGRNafion压电离子传感器的应用。
3小结
总之，我们将具有vdW结构的石墨烯电极直接涂覆到自供电压电离子（Nafion）传感器上，以增强信号输出并将其应用于各种传感和人机界面场景。干式涂覆方法是易变性的，不含粘合剂和溶液，并且保形，可以扩展到其他柔性电极和电子设备。基于vdWGRNS，我们利用软硬物体触摸的峰值差、方向性和形状差，演示了其在空间、手势和物体识别中的应用。利用vdWGRNS在弯曲和触摸下的峰值差异，通过信号识别实现空间识别。利用vdWGRNS的方向性和线性系数，实现了对不说话的聋哑或听力障碍者的智能手套手势识别。利用传感器对硬物体和软物体的信号形状差异，展示了初始物体识别能力。虽然目前无法实现物体类型的识别，但本研究被认为为自供电压电离子传感器的科学研究提供了研究依据和技术发展方向。
文献：
https://doi.org/10.1039/D3TA00215B
哈工大《Carbon》：低成本碳源制备SiC@SiO2纳米纤维气凝胶、用于宽带微波吸收
湖北大学《RSC Adv》：新型ZnIn2S4@石墨烯改性隔膜，用于高性能硫氢电池
来源：文章来自JMCA网站，由材料分析与应用整理编辑。
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