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柔性自驱动可穿戴传感系统研究的突破和进展

导读: 近日,中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室沈国震课题组在Small上发表了综述性文章,总结了近年柔性可穿戴传感及自驱动传感系统领域研究工作所取得的突破和进展,并对该领域未来的研究热点进行了预测与分析。

成果简介】

近日,中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室沈国震课题组在Small上发表了综述性文章,总结了近年柔性可穿戴传感及自驱动传感系统领域研究工作所取得的突破和进展,并对该领域未来的研究热点进行了预测与分析。论文根据使用功能的不同,将可穿戴传感器分为可穿戴触觉传感,包括压阻型、电容型以及压电型;可穿戴图像传感、生物传感、气体传感以及多功能传感集成等。为了提高传感器性能,降低器件功耗以更好的匹配自驱动系统,研究人员做了许多开创性的研究工作。

【图文导读】

图1 可穿戴式传感器

形成可穿戴的自供电传感系统对于扩大可穿戴电子设备的应用至关重要

图2 设备示意图

a)设备的插图
b)血压波测量

【研究内容】

随着纳米技术的快速发展,电子器件逐步向微型化、多功能化、低能耗方向发展。大量具有通讯、健康监控、环境监测等多功能柔性电子设备的出现,方便了人们的日常生活。然而,实现为众多柔性电子器件持续、长久地供电,从而形成柔性可穿戴自驱动传感系统是对现有供电技术的挑战。单个器件单元能耗低至微瓦至毫瓦量级,但其数量庞大且长期处于工作状态,维持其正常工作需要的电能总量十分巨大;传统的电池也无法满足系统全柔性的需求,限制了柔性可穿戴系统的应用范围。柔性电源是实现可穿戴自驱动传感系统的关键环节,具有弯曲、卷曲、拉伸等功能的能源收集及能源存储设备是柔性电源的必要要素。结合纳米材料和新型纳米技术,研究能够与各种功能可穿戴传感器件相匹配的柔性供电装置,实现自驱动传感系统持久、稳定地工作具有重要的研究意义和应用价值。

近年来,中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室沈国震课题组,在可穿戴自驱动传感系统领域取得了一系列进展。研究探讨了目前应用在自驱动系统中的能源器件:(1)能量收集器件,主要基于压电及摩擦发电、热电以及太阳能电池等;(2)能源存储器件,包括锂电池以及超级电容器;对集成能量收集、存储以及传感应用的一体化可穿戴自驱动传感系统的设计与发展阐述了意见。研究或对可穿戴集成系统领域感兴趣的研究学者起到一定的引领作用。

研究工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及中科院前沿科学重点研究项目等的支持。相关研究成果发表在Small上。

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