近期，華中科技大學(xué)物理學(xué)院/國(guó)家光電研究中心劉逆霜教授、高義華教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于近平行離子路徑的超小型纖維濕度（MFH）傳感器。通過(guò)設(shè)計(jì)具有均勻電荷分布和近平行納米結(jié)構(gòu)的納米通道極大地促進(jìn)了離子的傳輸，從而提高了濕敏纖維的水電轉(zhuǎn)換效率。優(yōu)化后的納米通道使MFH傳感器的響應(yīng)/恢復(fù)速度更加迅速。同時(shí)，纖維能夠方便地紡織集成在織物上，并可實(shí)現(xiàn)小型化（0.50 mm2）。通過(guò)紡織等手段集成得到的MFH傳感器陣列顯示出極高的空間分辨率（傳感器密度為1 mm?1），突出了其在柔性可穿戴設(shè)備中的潛力。這項(xiàng)工作為下一代高性能濕度傳感器的設(shè)計(jì)提供了新的優(yōu)化策略和集成手段。
圖1 定向納米通道的構(gòu)建。
圖2 定向納米通道中離子的高效傳輸。
圖3 水分敏感和定向離子傳輸機(jī)制。
圖4 MFH傳感器的結(jié)構(gòu)與性能。
圖5 濕度傳感器微陣列和健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用。
該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于自供能傳感器相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在無(wú)需外接電源的情況下，準(zhǔn)確、連續(xù)地檢測(cè)外界信號(hào)是實(shí)現(xiàn)可穿戴電子設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等小型化的關(guān)鍵技術(shù)。但是，使用當(dāng)前的傳感器技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)。為此團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、發(fā)展了電池式傳感器，利用穩(wěn)定電勢(shì)差作為自供能傳感器的能量來(lái)源，系統(tǒng)研究了其作為傳感器的優(yōu)劣和潛力。在過(guò)去的兩年中，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型電池式壓力傳感器（DOI: 10.1002/adma.202205369）。研究了電池式壓力傳感器內(nèi)壓力限域增強(qiáng)離子輸運(yùn)的內(nèi)在機(jī)理（DOI: 10.1002/adma.202308795），并進(jìn)一步通過(guò)優(yōu)化離子通道獲得高性能的傳感器（DOI: 10.1002/adma.202411558）。
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