基于力-电转换界面的可拉伸触觉传感设计及自驱动应用

Tactile sensor is an important guidance window for modern human-computer interactive system, and triboelectric nanogenerator (TENG) is an ideal platform for developing high-performance electronic skin. This application is intended to explore the possible application of TENG in stretchable tactile sensor. The main contents includes first, design, synthesis and surface modification of high elastic two-dimensional electrode materials. Second, multi-level construction of coupled flexible supercapacitors-triboelectric interface. Third, from stretchable TENG-SCs to smart bionic tactile sensor. 4th, study the synergistic effect between the implanted flexible SC and stretchable TENG on the tactile sensing performance at the triboelectric interface. .The ultimate goal is to develop a stretchable tactile sensor based on the coupling interaction between the implanted flexible SCs and the triboelectric interface. By studying the effect of the stretchability of the triboelectric interface on the separation, transportation and storage of the generated displacement electricity, we can realize the integration of bionic characteristics of skin receptor at the triboelectric interface on the base of material innovation and multidimensional assembly. As a result, we can provides beneficial enlightenment for high-performance flexible and stretchable tactile sensors.

力触觉传感是现代人机智能交互场景的重要指导窗口，兼具自驱动和触觉受体特性的摩擦力-电转换界面是仿生触觉技术发展的理想载体。本申请拟以摩擦电子界面力响应特性为研究对象，开展其全拉伸结构可控组装、调制及触觉应用研究，主要内容包括：1、全拉伸摩擦界面电极复合材料的设计、合成；2、构筑一体式摩擦界面-植入柔性电容力-电全弹性转换/存储系统；3、基于全拉伸力-电转换界面的多模式电响应信号设计摩擦电子智能触觉器件；4、全拉伸力-电转换结构及植入柔性电容耦合对复杂力场触觉协同响应。.本项目试图在摩擦电子-电化学器件协同的基础上构造全拉伸自驱动触觉传感器件。通过研究全拉伸摩擦界面对位移电流分离、转移及存储过程的影响规律，在材料创新和多组分界面复合、组装的基础上，探索摩擦电子一体式触觉传感器件结构的设计及优化途径，从而为发展高性能柔性可拉伸摩擦电子仿生触觉传感提供有益的启示。

本项目研究一方面将摩擦电纳米发电机作为一种新兴的高熵能量收集技术，探索其在智能电子和传感器、可穿戴设备和生物医学系统乃至空间应用等多个领域的应用，尝试设计从机器振动、风能、呼吸运动、心跳、血压等获得动能，并提高TENG的功率密度和环境适应性，开发具有高电荷密度和生物相容性的新型摩擦电材料。另一方面，触觉传感是现代人机智能交互场景的重要媒介，也是健康监测、智能医疗等领域的关键环节。我们将摩擦纳米发电机作为高灵敏度的自驱动传感器件，尝试将其应用于连续和实时的皮肤生理数据收集。因而，我们不仅探索了其可穿戴性、生物舒适性和可持续性，并尝试探索其对环境刺激的多模态传感能力，例如温度，压力，应变，拉伸，声音和其他重要的健康信号。因而本项目主要就摩擦电子界面力响应特性进行了如下研究：1、可拉伸摩擦界面电极复合材料的设计、合成；2、一体式摩擦界面-植入柔性电容力-电全弹性高效转换/存储系统的构筑；3、基于可拉伸力-电转换界面的多模式电响应信号设计摩擦电子智能触觉器件；4、全拉伸力-电转换结构对力场的复杂触觉响应。.在此过程中，我们重点开展了摩擦智能响应界面对位移电流分离、转移及存储过程调制研究，并在材料创新和多组分界面复合、组装的基础上，探索了基于力-电响应界面的自充电可拉伸超级电容、无线充电技术、多能源高效转换技术，从而为摩擦电子一体式触觉传感器件结构的设计及优化提供了有益的启示。共计发表论文20余篇，授权发明专利1项。