高性能柔性觸覺傳感器在人機(jī)交互領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，在寬負(fù)載范圍內(nèi)高效制造具有高靈敏度響應(yīng)的傳感器仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這里，本研究提出了一種一步激光寫入路線，以構(gòu)建獨(dú)特的多層壓阻結(jié)構(gòu)，由摻雜銅納米顆粒的石墨烯突起和周圍的多孔銅片組成。這種多層結(jié)構(gòu)使組裝的觸覺傳感器在低壓（0-200 kPa時(shí)1468 kPa
- 1）和高壓（600-800 kPa時(shí)1345 kPa
- 1）刺激下都能表現(xiàn)出卓越的靈敏度。并對(duì)其增強(qiáng)壓阻傳感的機(jī)理進(jìn)行了研究。可編程激光書寫過程促進(jìn)了識(shí)別諸如滑動(dòng)、點(diǎn)擊和按壓等多維手勢(shì)的人機(jī)交互設(shè)備的開發(fā)。這一進(jìn)步有助于促進(jìn)高性能交互式傳感技術(shù)的發(fā)展。
圖1. LICG傳感器的制備與表征。(a)制作過程的圖示。（b-d）復(fù)合結(jié)構(gòu)的SEM圖像顯示表面突出和間隙。(e)多尺度結(jié)構(gòu)示意圖。（f, g） Cu和C分布的XRD圖和EDS圖。(h) CPI和Cu/LIG突出的拉曼光譜。(i)與所建議的傳感器在0至1200千帕壓力下的電流信號(hào)。
圖2. 傳感機(jī)理及傳感層參數(shù)優(yōu)化。(a)擬議結(jié)構(gòu)的感應(yīng)機(jī)制模型。(b)光學(xué)顯微鏡下表面結(jié)構(gòu)圖（比例尺：200 μm）。（c, d）不同情況下的分布和相對(duì)Cu含量。（e、f） 0 ~ 800kpa壓力范圍內(nèi)不同情況下的電流信號(hào)及靈敏度。(g)不同情況下的電流與壓力擬合結(jié)果。
圖3. LICG傳感器的傳感特性。(a)不同權(quán)重下的傳感器電流-電壓曲線。(b)傳感器在不同頻率下的電流響應(yīng)。(c)不同重量（0 - 200g）下的傳感器電流響應(yīng)以及200g下的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。(d)三個(gè)重復(fù)負(fù)載下不同重量下的電流響應(yīng)。(e)演示與感應(yīng)稱重紙樣品有關(guān)的檢測(cè)極限（1.18 Pa）。(f)超過10,000個(gè)周期的傳感器重復(fù)性測(cè)試。(g)本研究中傳感器與傳統(tǒng)復(fù)合結(jié)構(gòu)和基于LIG微結(jié)構(gòu)的傳感器性能的雷達(dá)制圖。
圖4. 生理信號(hào)監(jiān)測(cè)傳感器。(a)用于保健監(jiān)測(cè)的重要生理信號(hào)。檢測(cè)(b)手指脈搏，(c)呼吸頻率，(d)吞咽，(e)手指彎曲，(f)閱讀，(g)肘部運(yùn)動(dòng)，(h)走、跑、跳三種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
圖5. 用于人機(jī)交互應(yīng)用的傳感器陣列。(a)傳感器陣列的圖像和爆炸視圖表示。(b)“飛機(jī)戰(zhàn)爭”系統(tǒng)的示意圖。(c)游戲傳感器控制流程圖。（d-f）不同觸摸模式對(duì)應(yīng)的傳感器陣列電流響應(yīng)。(g)傳感器陣列對(duì)上位機(jī)顯示的不同觸摸方式的響應(yīng)。
相關(guān)研究成果由蘇州大學(xué)
Xingwen Zhou、
Hao Shen和Liguo Chen課題組2024年發(fā)表在
ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c15827)上。原文：
Multilevel Cu-LIG Tactile Sensing Arrays for 3D Touch Human–Machine Interaction
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
