李盛涛课题组：电子皮肤领域取得新进展

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电子皮肤在假肢、机器人技术和人工智能等新兴领域引起了广泛关注。作为电子皮肤的关键部分，开发具有慢适应I型（SA‑I）机械感受器特性的柔性压力传感器至关重要，这不仅需要传感器在小压力范围（小于10 kPa）探测微小静态压力变化，而且要确保在中等压力范围（10-100 kPa）对静态压力可精确稳定地进行控制，以完成日常的操纵性任务。目前，研发兼具宽压力范围、快速响应时间、线性和低滞回压力响应的灵敏且稳定的柔性压力传感器仍具有挑战。

电子皮肤

        近日，西安交通大学李盛涛教授课题组联合美国加州大学洛杉矶分校Prof. Yu Huang（黄昱教授）和Prof. Xiangfeng Duan（段镶锋教授）课题组报道了基于具有微金字塔结构的PDMS/CNT（聚二甲基硅氧烷/碳纳米管）导电复合材料高性能柔性电阻式压力传感器简单直接的设计方法。基于传感器的工作机理，从电路模型（路）和有限元数值仿真（场）两方面，揭示了与以往的设计——微金字塔表面涂覆很薄的导电层相比，该设计方法可提供更宽的压力量程和更高的灵敏度。结合数值仿真和实验结果揭示了传感器的压力响应取决于其间距与基底长度之比，而不仅仅依赖于间距，且当间距与基底长度为1:1时，可获得优异的综合性能以模拟SA-I机械感受器，该优化设计比例的压力传感器可在小压力范围和中等压力范围下提供高灵敏度、快速响应时间、高力学稳定性、低工作电压和低功耗，高线性度和低滞回以及微米尺度高度均一的优异综合性能。基于该优化设计比例的传感器，构建了可实时地将幅值信号转化为频率信号且进行无线传输的压力传感系统，以及可实时进行空间分辨的压力传感阵列平台。此外，鉴于微金字塔结构的广泛应用，基于导电复合材料的微金字塔结构也可被集成到电容式、晶体管式、摩擦电式等其他类型的传感器以获取高的机械稳定性。
       该研究成果以“Robust Flexible Pressure Sensors Made from Conductive Micropyramids for Manipulation Tasks”（基于导电微金字塔结构用于操作性任务的稳健柔性压力传感器）为题在国际著名期刊ACS NANO（美国化学学会纳米，IF = 14.588）在线发表。论文的第一作者为西安交通大学电气工程学院博士生马超，通讯作者为西安交大电气工程学院李盛涛教授，以及美国加州大学洛杉矶分校Prof. Yu Huang（黄昱教授）和Prof. Xiangfeng Duan（段镶锋教授）。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.0c03659

文字：电气学院

图片：电气学院

编辑：星 火

       文章来源：西安交通大学

      李盛涛，教授、博导，西安交通大学电气工程学院常务副院长，国家杰出青年基金获得者，国务院学位委员会电气工程学科评议组成员、中国电工技术学会理事、工程电介质专业委员会主任委员、电力设备电气绝缘国家重点实验室常务副主任。获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖4项。发表论文350余篇（其中SCI收录论文近230篇）、授权发明专利17项、出版专著5部、参与编写手册和大典4部。承担国家级项目近50项。2009年国家精品课程“电介质物理”负责人之一。担任第354次香山会议“纳米电介质多层次结构及其宏观性能”执行主席，在国际会议上作特邀报告10次。主要从事工程电介质理论及其应用、特高压电气绝缘技术等方向的教学和研究工作。