電子學院張曉升教授課題組在穿戴式電子領域取得重要進展

文:張曉升 圖:文丹良 / 來源:電子學院 / 2019-10-22 / 點擊量:2340

  近日,我校電子科學與工程學院張曉升教授課題組,提出了一種基于蠶絲蛋白的具有微納能源采集和多功能復合傳感的新型貼片式器件,實現了能量采集、被動傳感和主動感知的高度集成,推進了柔性穿戴式電子設備的進一步發展。該項研究工作通過引入和改進工業化微納制造方法——絲網印刷技術在柔性基底上制備功能電極,通過涂覆功能薄膜和結構創新,實現了能量采集與復合傳感的“功能+供能”集成一體化。

張教授課題組這一相關研究成果以“Printed Silk-Fibroin-Based Triboelectric Nanogenerators for Multi-Functional Wearable Sensing”為題,發表于國際重要學術期刊Nano Energy上 (一區,影響因子15.548,DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104123),電子科技大學為第一單位,博士生文丹良為論文第一作者,張曉升教授為論文唯一通訊作者。

  隨著電子科學與技術的飛速發展,電子器件和設備逐漸趨于微型化、智能化和集成化,直接推動了穿戴式電子器件和設備的大量涌現,業已在健康監測、移動通信、智能控制等多個領域有了廣泛應用。然而,穿戴式電子設備的深入發展和實用化仍然面臨兩個關鍵的問題:能源的可靠可持續供給,以及多功能一體化集成。微納能源采集技術利用靜電、壓電、熱釋電等多種原理,從人體自身和所處環境中采集能量并轉化為電能,被認為是解決穿戴式電子器件和設備能源可持續供給問題最有希望的有效途徑之一。而利用外部輸入激勵和微納能源采集器件電學輸出之間換能機理的量化關系,通過結構優化和機理分析,微納能源采集器件能夠設計實現主動式感知傳感。

因此,在上述研究工作中,研究人員提出并實現了一種基于蠶絲蛋白的具有復合傳感功能的貼片式納米發電機,通過摩擦電效應和靜電感應相結合,成功實現了人體生物機械能的有效采集和電能轉化,瞬時功率密度可達412微瓦/平方厘米。通過引入新型生物可降解材料——蠶絲蛋白薄膜,利用其介電常數對空氣中不同狀態水分子的差異化響應,率先提出并實現了對空氣中水分子存在狀態的辨識,并成功實現對人體呼吸狀態的被動式監測,以及人體關節運動的主動式檢測。因此,該工作成功實現了人體能量采集和多功能復合傳感的高度集成,推進了柔性穿戴式電子器件和設備“供能+功能”的深入發展和應用。

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“功能+供能”集成一體化的穿戴式電子器件:

基于絲網印刷技術制造實現的基于蠶絲蛋白的具有微納能源采集和多功能復合傳感的貼片式器件

  電子科學與工程學院微波電路與微系統集成團隊,長期從事智能集成微系統方向的研究工作,現有成員12人,其中高級職稱10人,國家級人才4人,承擔參與國家級省部級等科研項目三十余項,在柔性微納電子系統、射頻微波集成微系統等重要方向上取得了一系列研究成果。團隊負責人張曉升教授是國家青年特聘專家、四川省青年特聘專家、電子科技大學百人計劃入選者、博士生導師。主要研究領域是微電子機械系統(MEMS),在智能電路與集成微系統、面向物聯網的穿戴式電子器件、微納能源采集技術等多個重要前沿方向上開展了深入的研究工作,取得了一系列研究成果。

近五年來,該團隊在國際著名學術刊物上共發表論文50余篇,其中影響因子大于12的一區期刊論文16篇,論文已被SCI他引927次(Google引用1563次),其中ESI前1%高被引論文2篇。申請發明專利30余項(授權20項),出版英文專著2本。入選IEEE Transactions on Nanotechnology編委會任Associate Editor,任TRANSDUCERS 2019、IEEE NEMS 2017-2019技術委員會委員及分會主席。累計獲得中國電子學會優秀博士學位論文等榮譽獎勵20余項。受邀擔任Nature Communications, ACS Nano, Advanced Energy Materials, Nano Energy等多個國際重要學術期刊的審稿人。


  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519308304


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編輯:羅莎  / 審核:羅莎  / 發布者:陳偉