中科院首創(chuàng)高精度傳感器 推動(dòng)可穿戴電子發(fā)展

隨著智能終端的普及，可穿戴電子設(shè)備展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景；傳感器作為可穿戴設(shè)備最重要的核心部件，將對(duì)其未來(lái)功能發(fā)展產(chǎn)生重要影響。印刷技術(shù)是實(shí)現(xiàn)材料圖案化的有效方式，但傳統(tǒng)的印刷技術(shù)制造精度通常在數(shù)十微米，而且需要經(jīng)過(guò)感光刻蝕等復(fù)雜、易導(dǎo)致環(huán)境污染的工藝，大大限制了其在微納米器件制造領(lǐng)域的應(yīng)用。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的大力支持下，中科院化學(xué)所宋延林團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)印刷技術(shù)中模板和精度的局限，利用微米柱陣列作為“印版”，與含有納米顆粒的“油墨”及柔性基材構(gòu)筑了類似傳統(tǒng)印刷過(guò)程中“印版、油墨和紙張”的三明治結(jié)構(gòu)。

宋延林介紹，隨著溶劑的揮發(fā)，氣—液—固三相接觸線有序收縮，納米顆粒在基材上組裝形成周期與振幅精確可控的微米乃至納米尺度的導(dǎo)電曲線陣列，進(jìn)而得到對(duì)微小形變有靈敏電阻響應(yīng)的傳感器。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員將傳感器貼在被監(jiān)測(cè)者的皮膚上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了不同環(huán)境和心理?xiàng)l件下人體體表微形變的相關(guān)生理反應(yīng)，如復(fù)雜表情識(shí)別，并有望應(yīng)用于脈搏監(jiān)測(cè)、心臟監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程操控等領(lǐng)域。這種高精度、高靈敏傳感器的印刷制造方法突破了傳統(tǒng)印刷技術(shù)的精度極限，將有力推動(dòng)印刷制造可穿戴電子和其他微納米功能器件的發(fā)展和應(yīng)用。該研究成果作為vip文章發(fā)表在近日出版的《先進(jìn)材料》上。

近年來(lái)，中科院化學(xué)所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員致力于推動(dòng)印刷技術(shù)的綠色化和功能化發(fā)展，在功能納米材料的可控組裝、精細(xì)圖案化技術(shù)、印刷電子以及器件應(yīng)用方面開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。

通過(guò)構(gòu)筑微米尺度的模板結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基材表面液膜破裂行為的控制，得到了精確組裝的納米粒子圖案；利用“咖啡環(huán)”現(xiàn)象制備線寬可達(dá)5微米的金屬納米粒子圖案；利用墨水的三相線滑移現(xiàn)象制備了具有特殊三維結(jié)構(gòu)的圖案；通過(guò)噴墨打印磁性墨水制備了特殊三維柱狀結(jié)構(gòu)；利用軟基材噴墨打印制備了微坑及凹槽結(jié)構(gòu)；通過(guò)噴墨打印技術(shù)構(gòu)筑微米尺度的電極圖案作為“模板”，控制納米材料的組裝等。