Advanced Materials Interfaces:柔性,可贴合有机半导体型接近传感器阵列

电子皮肤被赋予了像人体皮肤一样的压力感应,振动感应,湿度感应,温度感应等感应功能。除此之外,还被装载了超越人体皮肤的功能,包括生物感应,气体感应,接近感应等。在可穿戴健康监测和护理系统,高级机器人,仿生假肢,人工智能以及人机交互中具有重要的潜在应用价值。不同于传统的触觉感知,接近感知作为一种非接触式检测功能可以像电子眼一样用于帮助机器人或盲人“看到”现实世界。接近传感器可以通过识别障碍物的距离,位置和形状,并及时将信息反馈给机器人或盲人,使其采取正确的措施以避免不必要的碰撞。

然而,目前报道的可穿戴接近传感器主要是基于电容机制,因其传感机理的限制,使得其检测对象被限制为金属导体和人体。而生活中的物体大多是绝缘的,这限制了电容式接近传感器的应用范围。并且,电容型接近传感器多为其一种新型的有机半导体型接近传感器的研究实现了对纤维、头发、塑料等带电物体的检测。拓宽了接近传感器的应用范围。并且,有机半导体具有成本低、重量轻、制备方法简单、与柔性基板兼容、易于大面积制备等优点,被认为是下一代可穿戴便携式电子产品中最具前景的产品。然而,现有的有机半导体型接近传感器仍存在以下问题:1)以PET或刚性材料作为衬底,存在不能随形贴合在曲面物体上的问题,致使信号检测失真并限制了其在可穿戴领域的应用;2)有机半导体型接近传感器尚在单一器件的研究中,未见有关于半导体型接近传感器阵列的报道,这限制了对物体形状识别以及空间位置检测的应用。因此,这一领域迫切需要开发一种新型的轻薄、超柔、大面积、可贴合的半导体型接近传感器阵列。

最近,东北师范大学紫外光发射材料与技术教育部重点实验室汤庆鑫课题组提出了一种以DNTT薄膜为半导体层,弹性PDMS为支撑层的柔性可贴合有机半导体型接近传感器阵列。实现了对带电物体的形状以及空间位置的接近检测。实验结果表明,该传感器可以很好的包覆在曲面物体上,并且没有气泡和褶皱,具有优异的随形贴合特性。DNTT薄膜接近传感器阵列不仅可以完美地识别人体手指和绝缘塑料的靠近和远离,还可以在贴合状态下识别人手的空间位置以及T、L、I型PET片的形状。这些结果证明了其在未来智能机器人、人造假肢等电子皮肤领域的应用潜力。

相关论文发表在Advanced Materials Interfaces (DOI: 10.1002/admi.202000306),汤庆鑫教授,童艳红教授和董林教授为通讯作者,硕士研究生吕广爽为第一作者。