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[材料资讯] 任天令课题组在石墨烯人工喉领域再获突破

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发表于 2019-7-17 08:31:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

清华大学微电子所任天令教授团队在纳米领域重要期刊《美国化学学会纳米》(ACS Nano)上发表了题为《一种可穿戴的类肤性高灵敏石墨烯人工喉》(“A Wearable Skinlike Ultra-Sensitive Artificial Graphene Throat”)的研究论文。该器件集收声和发声于一体,可直接贴附于失语者喉部,并将喉部的不同动作转化为对应声音,有望帮助失语者正常与他人“交谈”。在未来,该器件将与声纹识别、机器学习等技术结合,在语音识别、家庭医疗等领域具有广阔前景。

目前世界上喉癌患者数量日益增加,是仅次于肺癌的第二大呼吸道高发癌。大量喉癌患者需要采用全喉切除手术,成为后天型失语者。现有电子喉助音器无法清晰还原患者声音,发音模糊,训练周期长,并且需要患者自己手持助音器于喉部,造成极大不便,所以亟需便于失语者携带、操作简单、性能优异的新型人工喉的器件及系统研究。

与2017年任天令团队首次提出的石墨烯人工喉相比,第二代石墨烯智能人工喉(WAGT)在器件柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻型可穿戴等方面有了重大突破。首先,第二代石墨烯人工喉采用了更贴合人体皮肤的纹身式薄膜作为衬底,无需胶带粘贴,可直接贴敷在人体喉咙,极大地提高了佩戴舒适感;其次,第二代石墨烯智能人工喉在收发声系统方面有了双重突破,实现了石墨烯的器件级应用至系统级应用的跨越。通过专用电路对声音信号的放大和转换,第二代石墨烯智能人工喉首次将收声系统和发声系统连接起来,实现了声音输入到输出的闭环,并可以通过示波器实时观测喉部运动情况。接着,通过与单片机的结合,该器件可以将人体喉部的不同动作“翻译”成不同的声音,实现了动作发声系统。通过连接解码器,该器件还可以播放任意音乐。最后,第二代石墨烯智能人工喉系统可通过臂包穿戴在胳膊上,首次实现了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未来将进行体积更小及功能更多的集成,有望实现像“创可贴”一样贴附在人体喉部并帮助失语者“开口说话”。

石墨烯人工喉

石墨烯人工喉

可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系统

近年来,任天令团队致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索,尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件,在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面已取得了多项创新成果,如柔性石墨烯收发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器、极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等相关成果曾多次发表于《自然通讯》(Nature Communications)《先进材料》(Advanced Materials)《纳米快报》(Nano Letters)《美国化学学会纳米》(ACS Nano)和国际电子器件大会(IEDM)等。

清华大学微纳电子系硕士生韦雨宏和博士生乔彦聪等是文章共同第一作者,清华大学微电子所任天令教授、杨轶副教授、田禾助理教授为论文通讯作者,该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。

论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03218

任天令教授,清华大学信息科学技术学院副院长,教育部长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,清华大学环境与健康传感技术研究中心副主任。1971年出生于山东省济南市,1997年博士毕业于清华大学现代应用物理系,2003年起担任清华大学微电子所教授,2011年至2012年为美国斯坦福大学(Stanford University)大学电子工程系访问教授。

近年来,承担国家自然科学重点基金、国家重大科技专项、国家公益性行业科研专项、国家重大仪器专项、国家863计划、国家973计划等多项国家重要科技项目,做出一系列具有重要国际影响的创新学术成果。主要研究方向为智能微纳电子器件、芯片与系统,包括:智能传感器与智能集成系统,二维纳电子器件与芯片,柔性、可穿戴器件与系统,智能信息器件与系统技术等。在国内外重要学术期刊和会议发表论文600余篇,包括Nature Communications、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters、Biosensors & Bioelectronics、Nanoscale、Carbon、IEEEElectron Device Letters、IEEE Journal of Solid-State Circuits、IEEE Transactions on Electron Devices、IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques、IEEE Microwave and Wireless Components Letters、IEEE Sensors Journal、Applied Physics Letters等重要SCI期刊论文400余篇,国际微电子领域顶级学术会议IEDM论文11篇;获国内外发明专利70余项。

担任IEEE电子器件学会副主席(中国大陆首次)、国际微电子领域顶级学术会议IEDM执委(中国大陆首次)、IEEE电子器件学会教育委员会主席(中国大陆首次)、中国微米纳米技术学会理事、中国仪器仪表学会微纳器件与系统技术分会常务理事、IEEE电子器件学会Distinguished Lecturer、IEEE EDTM 执委、IEEE Journal of Electron Device Society编委、IEEE Transactions on Nanotechnology 编委和Scientific Reports编委等重要学术任职。

作为导师先后培养了近百名优秀的清华博士、硕士研究生与本科生,数十名同学荣获优秀学位论文、优秀毕业生、学术新秀、特等奖学金、启航金奖、IEEE博士/硕士研究生奖、国际学术会议最佳论文等一系列国内外重要学术荣誉。2016年,任天令教授荣获“清华大学良师益友”。


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