電子設(shè)備的輔助對(duì)于視力障礙人士和盲人而言具有補(bǔ)償功能的重要意義，可幫助其獲取信息、參與社會(huì)交流、提高生活質(zhì)量。日前，深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院黃龍彪副教授團(tuán)隊(duì)和西北工業(yè)大學(xué)孔杰教授團(tuán)隊(duì)、香港理工大學(xué)郝建華教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)機(jī)械刺激-電信號(hào)-音頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換，研制了“會(huì)發(fā)聲”的盲文識(shí)別傳感系統(tǒng)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《Materials Horizons》。

據(jù)悉，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)采用自修復(fù)材料制備摩擦電式自供能傳感器，構(gòu)建盲文識(shí)別傳感系統(tǒng)。將含亞胺鍵聚合物和含氫鍵有機(jī)凝膠分別作為摩擦層和電極層材料，構(gòu)筑自修復(fù)、耐溫、可拉伸的自供能傳感器。然后將自供能傳感器陣列與音頻系統(tǒng)結(jié)合。即使傳感器遭受形變或機(jī)械損傷、經(jīng)歷低溫或高溫環(huán)境后仍可保持良好的輸出性能。當(dāng)觸摸盲文時(shí)，基于摩擦電的傳感器可以將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)可以通過(guò)編程的微控制器（MCU）電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)盲文字符的實(shí)時(shí)播放，將有望幫助視障人士和盲人獲得更加便利的溝通和學(xué)習(xí)方式。

隨著柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，柔性傳感器在智能可穿戴設(shè)備中應(yīng)用廣泛，它可以感知外界環(huán)境的作用并給出相應(yīng)的反饋。根據(jù)其工作原理，傳感器主要可分為電容型、壓阻型、壓電型和摩擦電型。其中摩擦電型傳感器不依賴外部電源驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)具有材料選擇的多樣性，簡(jiǎn)單的制造工藝，結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性和低成本等突出的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)藥、人機(jī)交互界面、環(huán)境探測(cè)等領(lǐng)域。然而在使用自供能傳感器時(shí)，器件可能會(huì)受到機(jī)械力作用，惡劣環(huán)境或形變的影響。因此，傳感器的綜合性能如自修復(fù)功能，可拉伸性和耐溫性對(duì)于實(shí)際應(yīng)用非常重要。機(jī)械沖擊可能導(dǎo)致器件性能降低，自修復(fù)材料可有效解決上述問(wèn)題，將其應(yīng)用于自供能傳感器的摩擦層和電極層的構(gòu)筑中，可有效延長(zhǎng)器件的使用壽命，提升安全性和可靠性。此外，在接觸和分離的工作過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械力會(huì)引起自供能傳感器的形變，需要賦予器件可拉伸性以避免器件形變導(dǎo)致的性能下降。當(dāng)傳感器受到高溫或低溫的影響時(shí)，器件的機(jī)械和電學(xué)性能可能會(huì)變差，賦予傳感器耐溫性也是至關(guān)重要的。

針對(duì)以上問(wèn)題，黃龍彪副教授團(tuán)隊(duì)、孔杰教授團(tuán)隊(duì)、郝建華教授團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)制備了系列柔性自修復(fù)自供能傳感器，團(tuán)隊(duì)成員戴杏怡博士做出了重要貢獻(xiàn)。2020年，團(tuán)隊(duì)將可逆亞胺鍵（imine）與四重氫鍵（UPy）同時(shí)引入到聚合物網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建了具有良好力學(xué)性能的自修復(fù)彈性體。然后，將經(jīng)UPy修飾的多壁碳納米管（MWCNTs-UPy）分散于聚合物基體中，得到MWCNTs-UPy/IU-PAM納米復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了具有自修復(fù)、可裁剪的柔性摩擦納米發(fā)電高分子復(fù)合材料，可制備成能有效監(jiān)測(cè)人體關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)的自供能傳感器，同時(shí)可有效利用人體皮膚的紅外熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)受損器件的及時(shí)自修復(fù)。

2021年，團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種具有環(huán)境耐受性柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)，具有快速修復(fù)、抗凍不干、抗冰等優(yōu)異性能，可用于能量收集和自供能傳感，拓展了摩擦納米發(fā)電機(jī)在惡劣環(huán)境下應(yīng)用可能性。將多重氫鍵引入凝膠體系中，采用溶劑置換法，制備了自修復(fù)、抗凍、抗干的有機(jī)凝膠以用于電極材料，能夠有效克服水凝膠電解質(zhì)在低溫凍結(jié)、高溫失水的問(wèn)題。與傳統(tǒng)水凝膠型摩擦納米發(fā)電機(jī)相比，該摩擦納米發(fā)電機(jī)在較寬的溫度范圍內(nèi)具有電輸出穩(wěn)定性。同時(shí)摩擦層的疏水性和抗冰性有助于提升器件環(huán)境耐受性。

審核編輯 ：李倩