北理工在柔性電子學和可穿戴器件研究方面取得重要進展
發(fā)布日期：2021-04-06 供稿：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：姜艷 閱讀次數(shù)：
日前,，北京理工大學物理學院吳漢春,、王志、江兆潭教授研究團隊,，與高雄科技大學洪冠明教授,、臺灣大學張慶瑞教授、吳育任教授,、湖南大學陳克求教授,、印度旁遮普大學Sunil Arora教授合作，發(fā)展了一種利用范德華層狀材料提高應(yīng)變傳感器應(yīng)變靈敏度因子的方法,，相對于金屬材料至少提高了500倍以上的靈敏度,。通過利用壓電效應(yīng)和光電效應(yīng)的交互作用，除了應(yīng)變靈敏系數(shù)提高外,，也同時提高應(yīng)變靈敏度因子的可調(diào)節(jié)范圍,，并且具體展示了其在人體日常運動捕捉微小振動感知方面的應(yīng)用，在柔性電子學的原理與應(yīng)用上有重要貢獻,。該創(chuàng)新成果于四月一日發(fā)表在《自然》子刊Nature Communications上,。
近年來，軟體機器人,、遠程監(jiān)控,、人工智能和可穿戴醫(yī)療設(shè)備發(fā)展迅速，對應(yīng)變傳感器的柔韌性,、靈敏度和低功耗有了更高的要求,。目前，商用應(yīng)變傳感器主要基于金屬材料,。但是金屬沒有能隙,，因此金屬應(yīng)變傳感器的應(yīng)變靈敏度因子一般會局限在1-5的小范圍內(nèi)。傳統(tǒng)半導體的能隙應(yīng)變雖然可調(diào),，但是傳統(tǒng)半導體材料通常很脆,，也限制了其在穿戴式設(shè)備的應(yīng)變探測范圍。相比于金屬材料和傳統(tǒng)半導體材料,，范德華層狀半導體材料具有優(yōu)良的柔韌性,、光電特性和壓電特性，在能源儲存,、光電,、傳感、可穿戴設(shè)備等方面有巨大的應(yīng)用前景,?；诖?，本跨國際與跨領(lǐng)域的合作團隊提出了基于范德華層狀半導體材料的柔性應(yīng)變傳感器。通過壓電效應(yīng)和光電效應(yīng)的共同作用調(diào)節(jié)載流子的濃度和遷移率,，首次實現(xiàn)了應(yīng)變靈敏度因子可在高達23-3933區(qū)間內(nèi)連續(xù)可調(diào),。此外，如下圖所展示,，該范德華柔性傳感器可以檢測聲音引起的微小振動和監(jiān)測人體日常運動,，充分展示了其在機器人、遠程監(jiān)控,、人工智能和可穿戴醫(yī)療等領(lǐng)域潛在的應(yīng)用前景,。
圖1范德華層狀材料應(yīng)變傳感器檢測聲音引起的微小振動及監(jiān)測人體日常運動,。
物理學院2016級博士生閆文杰為該工作的第一作者,，吳漢春教授和洪冠明教授為通訊作者。此課題結(jié)合能帶計算,，二維材料,，光學與電路設(shè)計，并進而在柔性電子的穿戴裝置上得到具體驗證,，本研究后續(xù)的應(yīng)用發(fā)展值得期待,。該工作得到了國家自然科學基金面上項目和國家重點研發(fā)計劃，以及北京理工大學科技創(chuàng)新計劃的支持,。
文章信息（*為通訊作者）：
Wenjie Yan, Huei-Ru Fuh, Yanhui Lv, Ke-Qiu Chen, Tsung-Yin Tsai, Yuh-Renn Wu, Tung-Ho Shieh, Kuan-Ming Hung*, Juncheng Li, Duan Zhang, Cormac ó Coileáin, Sunil K. Arora, Zhi Wang, Zhaotan Jiang, Ching-Ray Chang, and Han-Chun Wu*,“Giant Gauge factor of Van der Waals material based strain sensors”, Nature Communications 12, 2018 (2021).
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22316-8
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