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重慶研究院在高靈敏石墨烯觸覺傳感領域取得進展
2019.06.06   點擊166次

近日,中國科學院重慶綠色智能技術研究院與新加坡國立大學合作,研制了三維微納共形石墨烯柔性力敏電極,并應用于高靈敏柔性壓容式觸覺傳感,相關內容以Flexible, Tunable and Ultrasensitive Capacitive Pressure Sensor with Micro-Conformal Graphene Electrodes 為題發表在ACS Applied Materials & Interface 期刊上,并被選為封面論文進行報道(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11 (16), pp 14997–15006. DOI: 10.1021/acsami.9b02049)。

柔性觸覺傳感器為機器人提供感知外部力學環境的能力,是機器人實現智能化的必備條件。石墨烯新材料的發展,為下一代高靈敏柔性觸覺技術的發展提供了新的解決路徑。重慶研究院微納中心一直致力于二維/三維石墨烯的可控制備技術及其應用研究,前期發展了三維微納共形石墨烯直接生長與柔性轉移技術(J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 12379~12384),三維共形石墨烯薄膜不僅具有高導電性,而且表現出高力學可靠性,是柔性電極的理想材料。近期,研究人員通過有限元仿真分析發現,微結構化共形石墨烯電極更易獲得電容式力學傳感器中的極板間距和等效介電常數變化。通過對三維共形石墨烯電極的特征尺寸的可控構筑,課題組實現了高靈敏(7.68kPa-1)、快響應(30ms)、低檢測極限(1mgF)、低遲滯的柔性電容式觸覺傳感器,主要指標已超越了人類觸覺感知水平。

該觸覺傳感器可以感知昆蟲爬行過程中產生的細微壓力變化,記錄其步態信息。該傳感器也可以實時監測脈搏波分析其脈象,或者通過力反饋輔助機械手實現對物體的智能抓取。與傳統觸覺傳感器相比,該傳感器具有靈敏度高、快響應、柔性、輕薄、可分布式貼附等特性,能夠更好地與機器人的異形曲面進行貼合,賦予機器人以觸覺功能,從而極大拓展機器人的智能化和應用領域。

上述工作得到科技部“863”計劃、國家自然科學基金、中科院青促會會員項目、西部青年學者(A類)、重慶市自然科學基金等支持。

 

高靈敏石墨烯柔性觸覺傳感器發表于ACS Applied Materials & Interface (Cover) 

重慶綠色智能技術研究院
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