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  隨著智能材料和柔性電子學的迅速發(fā)展，為人體內外環(huán)境監(jiān)測與預警，便攜式醫(yī)療以及人機交互等智能穿戴應用開辟了全新的道路。傳感器作為智能穿戴系統(tǒng)的核心，近年來受到了科研工作者的廣泛關注，在器件柔性、靈敏度等方面的研究更是取得了可觀的成果。然而，現有大部分柔性傳感器仍存在需電源驅動、無方向識別性以及復雜大形變不穩(wěn)定等難點，使得智能穿戴系統(tǒng)在健康監(jiān)測以及人機交互等的實際應用受到極大限制，已成為發(fā)展智能穿戴便攜式產品的瓶頸問題。

  針對以上關鍵科學技術問題，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員陳韋團隊在前期離子壓電智能材料研究基礎上，進一步發(fā)展了以納米復合材料為電極，離子聚合物為中間層的“三明治”結構柔性力學傳感器件，實現了復雜大形變穩(wěn)定性、無源自驅動以及方位識別等優(yōu)異性能。

  從關鍵結構設計來看，所采用的打孔石墨烯（H-RGO）和單壁碳納米管（CNTs）交聯電極，既利于形成有效的離子遷移通道，又具有力、電學性能穩(wěn)定的三維網絡結構，從而保證了優(yōu)異的大應變力學傳感穩(wěn)定性。結果顯示，在連續(xù)6000次大幅度彎曲循環(huán)測試中，電壓傳感信號無明顯衰減。其次，基于離子壓電新機制，所產生的傳感信號是源于材料變形過程中離子的各向異性傳輸累積，因而能夠實現對不同形變方向識別以及無源傳感等新功能和新特性，大大改善了智能穿戴系統(tǒng)的集成度、便攜性。所集成的傳感陣列，可以有效識別手指彎曲、手腕向上彎曲/向下彎曲/向內旋轉/向外旋轉等多維度手部動作。基于這些優(yōu)勢，該團隊成功將其應用于靈巧手語識別和編譯過程，所發(fā)展的智能手套可以感知手語動作的變化，對不同構型甚至是細微變化、動作相近的手語做出精確的響應與識別；對發(fā)展穿戴式多尺度人體活動監(jiān)測技術與產品開發(fā)具有重要的科研意義和應用價值。相關研究成果已發(fā)表在近期ACS Nano 雜志上。

圖1.（a)離子形變傳感器的制備過程；(b)器件組成結構；(c)H-RGO/CNTs界面電極結構 

圖2.(a) 傳感器的離子傳感機理；(b）器件對不同應變的響應；(c）對方向的識別；(d）循環(huán)穩(wěn)定性

圖3.(a）傳感器的多維分辨能力；(b）智能手套和手語監(jiān)測識別 

  該工作得到國家自然科學基金面上項目、中科院對外合作重點項目、江蘇省科技計劃項目(產業(yè)前瞻與共性關鍵技術)等的資助。

  論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02767