我院高分子智能材料团队在柔性压力传感器领域取得新进展

传感器作为信息数字化和数据提取的重要基础设备，在大数据、云计算、物联网、工业机器人和人工智能等领域中发挥着重要作用。其中，用于对受压强度、压力持续时间、间隔及频率等监测的压力传感器，在近年来发展迅速并得到了广泛应用。传感材料的微结构化设计很大程度上决定了其比表面积、可形变空间和形变能力等特性，对器件性能有着重要影响，相关研究引起了学者的广泛关注。近期，我院先进高分子材料研究所高分子智能材料团队在Nano-Micro Letters（IF=23.6）上发表题为“Morphological Engineering of Sensing Materials for Flexible Pressure Sensors and Artificial Intelligence Applications”的综述文章，对压力传感器的传感机理、传感材料的微结构类型、传感材料的微结构对传感性能的影响、传感材料微结构的制备方法及相关器件在人工智能领域的应用进行了深入探讨。硕士研究生史正雅同学和孟令贤博士为文章的第一作者，刘水任博士为通讯作者，郑州大学材料学院为论文第一作者单位和唯一通讯单位。

图1. 压力传感器中传感材料的微结构类型、传感材料的微结构对传感性能的影响、传感材料结构化的制备方法及器件在人工智能领域的应用。

文章回顾了不同类型压力传感器（电阻式、电容式、晶体管式、压电式、摩擦电式压力传感器）的工作机理及传感特性；着重对传感材料微结构设计的类型及特点进行了系统的总结：包括不同的能带结构、层间结构、微粗糙结构和分级结构。在探讨传感材料的微结构对器件性能的影响中，具体分析了传感材料的微结构与相应的传感性能（高灵敏度、宽工作范围、稳定的传感、快速的响应及低的滞后，以及器件的高透明度和方向选择性传感）之间的相互作用。此外，该文章还归纳了基于不同原理制备微结构的方法，包括（基于吸引型的π-π作用、氢键、范德华力、分子间相互作用、静电作用、配位作用；排斥型的亲/疏水相互作用、冰晶生长排斥作用的）自组装、（基于蚀刻型；图打印型；聚合型的）图案化、（基于外力、电场、磁场、气泡、模板的）辅助法。最后，该文章也对微结构化的柔性压力传感器在人工智能领域的应用（健康医疗、智能家居、数字化体育、无线安全监测、基于机器学习的计算传感平台）做了详细探讨。

近年来，该团队在柔性电子材料和智能传感、微电子器件方面（Materials Horizons, 2022, 9, 1045-1056；Materials Horizons, 2022, 9, 1526-1535；Small Methods, 2021, 5, 2100263-2100272）取得了系列进展，受到了同行广泛关注。

该工作得到了国家自然科学基金，青年人才企业合作创新团队基金和中国博士后科学基金的支持。（供稿：史正雅，审核：刘水任）

 论文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-022-00874-w