專家在可穿戴自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)領(lǐng)域取得一系列進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國(guó)震課題組在Small上發(fā)表了綜述性文章，總結(jié)了近年柔性可穿戴傳感及自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)領(lǐng)域研究工作所取得的突破和進(jìn)展，并對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)與分析。論文根據(jù)使用功能的不同，將可穿戴傳感器分為可穿戴觸覺傳感，包括壓阻型、電容型以及壓電型；可穿戴圖像傳感、生物傳感、氣體傳感以及多功能傳感集成等。為了提高傳感器性能，降低器件功耗以更好的匹配自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，研究人員做了許多開創(chuàng)性的研究工作。

圖1 可穿戴式傳感器

形成可穿戴的自供電傳感系統(tǒng)對(duì)于擴(kuò)大可穿戴電子設(shè)備的應(yīng)用至關(guān)重要

圖2 設(shè)備示意圖     (a)設(shè)備的插圖  (b)血壓波測(cè)量

隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，電子器件逐步向微型化、多功能化、低能耗方向發(fā)展。大量具有通訊、健康監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多功能柔性電子設(shè)備的出現(xiàn)，方便了人們的日常生活。然而，實(shí)現(xiàn)為眾多柔性電子器件持續(xù)、長(zhǎng)久地供電，從而形成柔性可穿戴自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)有供電技術(shù)的挑戰(zhàn)。單個(gè)器件單元能耗低至微瓦至毫瓦量級(jí)，但其數(shù)量龐大且長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)，維持其正常工作需要的電能總量十分巨大；傳統(tǒng)的電池也無(wú)法滿足系統(tǒng)全柔性的需求，限制了柔性可穿戴系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。柔性電源是實(shí)現(xiàn)可穿戴自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有彎曲、卷曲、拉伸等功能的能源收集及能源存儲(chǔ)設(shè)備是柔性電源的必要要素。結(jié)合納米材料和新型納米技術(shù)，研究能夠與各種功能可穿戴傳感器件相匹配的柔性供電裝置，實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)持久、穩(wěn)定地工作具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國(guó)震課題組，在可穿戴自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)領(lǐng)域取得了一系列進(jìn)展。研究探討了目前應(yīng)用在自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的能源器件：（1）能量收集器件，主要基于壓電及摩擦發(fā)電、熱電以及太陽(yáng)能電池等；（2）能源存儲(chǔ)器件，包括鋰電池以及超級(jí)電容器；對(duì)集成能量收集、存儲(chǔ)以及傳感應(yīng)用的一體化可穿戴自驅(qū)動(dòng)傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與發(fā)展闡述了意見。研究或?qū)纱┐骷上到y(tǒng)領(lǐng)域感興趣的研究學(xué)者起到一定的引領(lǐng)作用。

研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等的支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在Small上。