近日，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究人員設(shè)計(jì)并制備了可實(shí)現(xiàn)全尺度下的壓力測量的自驅(qū)動(dòng)壓力傳感器陣列器件，該器件還具有較高的壓力敏感性。

近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，各種智能終端產(chǎn)品引起了人們廣泛的關(guān)注。智能手環(huán)、智能眼鏡和智能家具等各種具有傳感和驅(qū)動(dòng)功能的互連設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)的幫助下實(shí)現(xiàn)了智能化識(shí)別和管理。它們不僅成為了一種豐富人們生活的時(shí)尚符號(hào)，也極大地給人們的生活帶來便利。人們也相信這些產(chǎn)品將在未來人機(jī)互動(dòng)、電子皮膚、健康醫(yī)療等領(lǐng)域有著新的應(yīng)用和突破。作為其中一個(gè)重要組成部分，壓力傳感器的個(gè)性化設(shè)計(jì)及其高性能的獲取變得尤其重要，以便滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。尤其器件的壓力靈敏度、測量極限以及壓力測量范圍是決定一個(gè)器件實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。例如，日常生活中的手機(jī)的觸摸平板，它能感知1kPa以上的接觸，并能夠?qū)崿F(xiàn)軌跡的再現(xiàn)成像。然而，很少有產(chǎn)品或者器件其對(duì)應(yīng)的工作范圍可以覆蓋日常生活出現(xiàn)的從kPa到MPa壓強(qiáng)范圍。

目前，雖然基于不同物理傳導(dǎo)機(jī)制包括壓阻、電容和壓電的新型壓力傳感器在器件性能上有了重大的成就和突破，但是往往只能在一個(gè)有限的測量范圍內(nèi)工作。比如，大多數(shù)具有較高壓力敏感性的基于壓阻或者壓電傳導(dǎo)的壓力傳感器，能夠探測類似聲壓、振動(dòng)等超低的壓強(qiáng)（<1Pa），但是往往它們的工作范圍都比較小，基本收視低于10kPa。相反，那些基于電容傳導(dǎo)的壓力傳感器往往具有較大的工作范圍，但它們的壓力敏感性又不如壓阻類的器件高。

中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所潘曹峰與王中林合作，基于力致發(fā)光現(xiàn)象和摩擦納米發(fā)電機(jī)兩個(gè)不同的物理傳感機(jī)制，將這兩種不同傳感機(jī)制的模塊集成于同一器件，設(shè)計(jì)并制備了可實(shí)現(xiàn)全尺度下的壓力測量的自驅(qū)動(dòng)壓力傳感器陣列器件。同時(shí)該器件還具有較高的壓力敏感性。通過搭建器件信號(hào)處理系統(tǒng)，完成了器件對(duì)動(dòng)態(tài)應(yīng)力的監(jiān)測、成像和優(yōu)化。研究成果最近發(fā)表于《先進(jìn)材料》（AdvancedMaterials,DOI:10.1002/adma.201605817）。

研究人員基于以上兩種不同傳感機(jī)制的模塊，設(shè)計(jì)并制備了100×100分辨率為100dpi的自驅(qū)動(dòng)全尺度壓力傳感器陣列器件，實(shí)現(xiàn)了全尺度下壓力的測量。通過對(duì)起電層PDMS的表面修飾，使器件具有可調(diào)節(jié)的壓力敏感性和可調(diào)控測量范圍。器件在0.6kPa到200kPa區(qū)間內(nèi)的壓力敏感性為6MPa-1；在650kPa到30MPa區(qū)間內(nèi)的壓力靈敏度為0.037MPa-1。且器件具有電學(xué)和光學(xué)兩種信號(hào)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字成像模擬和可視化觀察。這類全尺度應(yīng)力測量器件將在數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，具有廣闊的應(yīng)用前景，也將為通信、電子商務(wù)、電子政務(wù)等領(lǐng)域的信息安全提供新思維。