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東北師大湯慶鑫教授團(tuán)隊(duì)、梁中翥團(tuán)隊(duì) AFM：一種新型超柔電子紋身傳感器 - 助力視障人群清晰識(shí)別紙張上手寫筆跡
2023-09-19  來源：高分子科技

  拓展視障人群閱讀能力，降低視障人群的學(xué)習(xí)、娛樂、交流障礙，對(duì)于提高他們的生活質(zhì)量上具有重要意義。然而，現(xiàn)階段，視障人士主要是通過有聲讀物、盲文方便閱讀。電子書和盲文書的資源匱乏，尤其是專業(yè)書籍的資源匱乏，使得視障人士的閱讀受到了眾多的限制。


  近期，東北師范大學(xué)湯慶鑫教授團(tuán)隊(duì)、梁中翥團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種新型超柔電子紋身傳感器，具有清晰識(shí)別紙張上的毛筆和鉛筆筆跡的驚人能力（圖1，圖2）。這種傳感器具有輕薄的特點(diǎn)，可以貼合在人體皮膚上，并隨著人體皮膚的形變而形變，并依舊保持其功能性。這種器件制備只需要在有機(jī)半導(dǎo)體上簡(jiǎn)單地沉積電極就可以實(shí)現(xiàn)。其基本原理是利用了導(dǎo)體對(duì)于電容邊緣電場(chǎng)的干擾效應(yīng)、絕緣材料容易帶電從而對(duì)于柔性有機(jī)半導(dǎo)體的類柵壓作用，來實(shí)現(xiàn)對(duì)紙、墨、鉛筆石墨的識(shí)別。他們將兩種機(jī)理集成到單一器件中，同時(shí)檢測(cè)電極之間的電容值和電流值，僅基于單個(gè)電子紋身裝置就實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)分識(shí)別（圖2a），大大提高了器件集成度。并且基于兩種原理的集成器件也能夠大大提高響應(yīng)靈敏度，有利于獲得更精準(zhǔn)的探測(cè)。除此之外，接近距離對(duì)響應(yīng)幅度的影響很大；谶@一響應(yīng)特性，傳感器還可以識(shí)別出接近物體的三維形狀（圖3）。這些結(jié)果為實(shí)現(xiàn)材料類別識(shí)別開辟了新的途徑，為幫助視障人士有效地重新融入社會(huì)提供了一種人性化的方式，拓寬了接近傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。該工作以“Handwriting Character Recognition Based on Conductor/Insulator Identifiable E-Tattoo Proximity Sensorsfor Blinds”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater.2023, 2306704）。文章第一作者是東北師范大學(xué)碩士劉伽儀。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部的支持。 


圖1 傳感器工作原理和對(duì)毛筆、鉛筆字符的檢測(cè)。 


圖2（a,b）傳感器對(duì)紙張、墨水痕跡和鉛筆痕跡的垂直接近響應(yīng)和平移接近響應(yīng)；（c）傳感器陣列對(duì)毛筆和鉛筆字符的電流電容響應(yīng)映射。 


圖3傳感器陣列識(shí)別物體三維形狀。


  該工作是課題組近期關(guān)于柔性可貼合接近傳感器研究的最新進(jìn)展之一。常見的接近傳感器檢測(cè)材料的局限性，以及硬質(zhì)襯底的使用，往往使接近傳感器的應(yīng)用受限。為此團(tuán)隊(duì)制備了基于電容和場(chǎng)效應(yīng)原理的接近傳感器，可檢測(cè)日常生活中因不經(jīng)意帶電的絕緣物體以及導(dǎo)體（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 55083；ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 49085； ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 2785.）。在過去十年中湯慶鑫教授團(tuán)隊(duì)一直致力于超柔電子器件研究（Mater. Today Phys.2023. 36. 101157；Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2206765；Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007894；Adv. Funct. Mater. 2020, 30(51), 2006271），發(fā)現(xiàn)了有機(jī)器件電流對(duì)于絕緣材料靈敏探測(cè)的特性，并開發(fā)了基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)機(jī)理的類皮膚接近傳感器（Adv. Mater. Interfaces 2020, 7, 2000306）。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202306704

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