分辨率高的手机_南科大郭传飞组研制出最高压力分辨率的柔性压力传感器

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在医疗保健、智能机器人等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景最近，中国南方科技大学材料科学与工程系副教授郭传飞的课题组在柔性压力传感器的研究方面取得了重大突破。该研究团队通过设计“自补偿非稳态结构”和引入离子界面传感原理，成功解决了电容式压力传感器在高压下灵敏度极低或饱和的问题。这项工作最近发表在《自然通讯》网上。

柔性压力传感器类似于人的皮肤，可以感知外力刺激的强度。然而，无论是人体皮肤还是柔性压力传感器(或称电子皮肤)，都有一个严重的缺点，即在低压下更敏感，在高压下变得不敏感甚至完全没有反应。例如，人类的手可以感觉到一只小昆虫的爬行。但是当手握住重物，昆虫又落到重物上时，皮肤根本感觉不到。许多实际应用都需要这样一种压力传感器:它不仅能感觉像“一根羽毛”一样轻，而且能像“泰山”一样重，还能辨别“泰山”上的一根新“羽毛”然而，受软材料的不可压缩性或可压缩性的限制，现有的柔性电子外壳或压力传感器在较高压力下的灵敏度非常低，并且相应的压力分辨率也非常低。

图1。本工作研究中柔性压力传感器(红色)和现有传感器的灵敏度比较在本研究中，团队研究的传感器灵敏度极高，在高压区域的灵敏度超过最佳报告结果10，000倍以上。0.08帕的压力变化可在低压下辨别，而18帕的压力变化可在3.2个大气压的极高压力下辨别。高压下的压力分辨率达到0.0056%，甚至超过了航空工业常用的硬压力测试系统。因此，该传感器有望用于风洞试验中飞机模型的智能蒙皮。

图2。本文所研究的高空间分辨率压力传感器阵列还具有响应速度快的优点，响应速度可达10 ms左右，是人体皮肤响应速度的3倍，并且即使在几个大气压下也具有优异的动态响应特性。由于其极高的信号强度，传感器在小型化后可以保持高信噪比。研究人员已经在芝麻颗粒大小的区域集成了几十个这样的传感器，预计将用于极高空间分辨率的压力传感。

图3。郭传飞研究团队的第一作者是白宁宁，他是郭传飞研究团队的2018级博士生，合作伙伴是麻省理工学院机械工程系副教授赵宣和该研究得到了国家自然科学基金、广东珠江人才计划创新创业团队和深圳基础研究学科布局等项目的支持

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