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太原理工大學(xué)張虎林教授團(tuán)隊(duì)《Compos. Sci. Technol.》:高適應(yīng)性的熱電水凝膠無源盲文傳輸接口
2023-05-13  來源:高分子科技

  在信息時代,人們生活改善和社會進(jìn)步越來越依賴于廣泛使用的電子設(shè)備。對于視障人士來說,電子設(shè)備用作身體功能的補(bǔ)償意義重大,使他們能夠更容易地獲取信息和交流。其中人機(jī)交互在盲文信息交流方面取得了很大的進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)了視障人士、正常人和輔助設(shè)備之間的交互。


圖1. 語音盲文傳輸接口的設(shè)計


  近期,太原理工大學(xué)信息與計算機(jī)學(xué)院張虎林教授團(tuán)隊(duì)以Sn2+/Sn4+為氧化還原電對,以NaCl為額外的電解質(zhì),制造了一種熱電有機(jī)水凝膠電解質(zhì)(OHE),它顯示出良好的機(jī)械和熱電性能,塞貝克系數(shù)可達(dá)-1.62 mV/K。由于水和DMSO之間存在強(qiáng)氫鍵,OHE表現(xiàn)出抗凍、耐干燥的特性并具有較寬的工作溫度范圍(-20到60 ℃),因此在惡劣的環(huán)境中也能保持穩(wěn)定的機(jī)械性能和熱電輸出性能。鑒于水凝膠良好的綜合性能,OHE被集成為3×2的自供電盲文傳輸接口,它可以輕松地將有規(guī)律的手指觸摸轉(zhuǎn)化為視覺文本和聽覺反饋,實(shí)現(xiàn)了自供電實(shí)時盲文傳輸和讀出。將OHE應(yīng)用于語音盲文傳輸接口的策略揭示了熱電轉(zhuǎn)換在信息傳輸和人機(jī)交互中的巨大可能性。該工作以“A self-powered thermogalvanic organohydrogel-based touch-to-speech Braille transmission interface with temperature resistance and stretchability”為題發(fā)表在《Composites Science and Technology》上(Composites Science and Technology 2023,239,110077),IF=9.8。文章第一作者是太原理工大學(xué)碩士研究生李寧,通訊作者為張虎林教授和張益霞副教授,該研究得到山西省自然科學(xué)基金和山西省科技合作與交流專項(xiàng)的支持。 


圖2. 水凝膠力學(xué)性能表征 


圖3. 水凝膠綜合熱電性能表征 


圖4. OHE用于自供電盲文傳輸?shù)膽?yīng)用展示


  該成果是張虎林教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于凝膠熱電器件研究的最新進(jìn)展之一,這項(xiàng)工作構(gòu)想了基于熱電效應(yīng)的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)在信息傳輸和人機(jī)交互中的廣闊前景。在過去的兩年中,團(tuán)隊(duì)制備了一系列基于不同聚合物網(wǎng)絡(luò)和熱電氧化還原對的熱電凝膠器件,并致力于開拓凝膠熱電器件的應(yīng)用場景。取得了一系列的研究成果,具體詳見:新型氧化還原對SO4/32- 的熱電水凝膠(Nano Energy2023106, 108077),用于熱管理和熱回收的無水熱電凝膠(ACS Appl. Polym. Mater. 202310.1021/acsapm.3c00481),基于深度學(xué)習(xí)算法的嬰兒智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)(Adv. Funct. Mater2022322204803),太陽能熱能收集器件(Nano Energy2022100, 107449,Sens. Actuat. A-Phys2023354, 114305),無源呼吸、體溫等體征監(jiān)測策略(ACS Appl. Mater. Interfaces2022, 1448743ACS Appl. Mater. Interfaces2021,13, 37306,J. Mater. Chem. C, 202210, 13789,Nano Research, 202310.1007/s12274-023-5621-2)等。


  作者簡介: 張虎林,太原理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、學(xué)術(shù)委員會委員,山西省青年拔尖人才、三晉英才-拔尖骨干人才、山西省高校科技功勛,山西省青年科技工作者協(xié)會理事、中國青年科技工作者協(xié)會理事、四川省杰出青年基金獲得者。2014年博士畢業(yè)于重慶大學(xué),2012年8月到2014年1月赴美國佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng),2017年在香港理工大學(xué)訪學(xué)1年。研究領(lǐng)域?yàn)槲⒓{能源收集與無源傳感。目前,已在Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等國際一流學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表SCI論文100余篇,其中第一/通訊作者45篇(22篇IF>10),論文被引用6500余次,h因子為39,申請美國專利4項(xiàng)、中國專利9項(xiàng)(已授權(quán)5項(xiàng)),所做的工作曾被CNN、BBC、NanoWerk、科學(xué)網(wǎng)、太原日報等報道,研究成果獲評2019年山西省自然科學(xué)二等獎(排名第1)、JMCC Emerging Investigators-2022。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、山西省自然科學(xué)基金、四川省杰出青年基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃子課題等,另參與多項(xiàng)國家級課題。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110077

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