第一作者：Baozhong Chen
通讯作者：Linfeng Lan
通讯单位：华南理工大学
DOI:10.1002/smll.202310847
背景介绍
电子皮肤（e-skin）模仿生物皮肤的特性，近年来因其在人体运动检测、机器人人造皮肤、可穿戴医疗传感器、植入式医疗设备等方面的潜在适用性而引起广泛关注。关于人体皮肤，机械刺激（压力/应变）和温度是最重要的环境刺激因素。因此，制造一种能够同时对压力和温度的环境刺激做出反应的电子皮肤对于模仿人类体感活动非常重要。有研究试图将不同类型的单一刺激响应传感器集成到电子皮肤中，但它们结构复杂（需要复杂的电路），分辨率（每个区域的传感器单元数量）有限。因此，重要的是在单个感测单元中制备具有简单结构和良好感测稳定性的多刺激响应传感器。然而，多刺激响应传感器的信号干扰会降低测量精度，并需要在使用条件发生变化时进行校准。
本文亮点
1. 本工作演示了一种可变形的人造柔性多刺激响应传感器，该传感器可以在没有信号干扰的情况下，通过测量相同频率下的阻抗和电相位来区分机械压力和温度。
2. 通过在倾倒前将反离子交换试剂掺杂到离子液体中，温度测量上限从35°C提高到50°C，高于人体温度和地球上的环境温度。
3.该传感器显示出对压力的高灵敏度（高达0.495 kPa1）和较宽的温度传感范围（10至50°C）。
4. 制作了一种具有8×8多刺激响应传感器阵列的多峰离子电子皮肤（IEM皮肤），该皮肤可以成功地同时感测温度和压力的分布。
图文解析
图1. 离子传感器的器件结构和传感原理。a） 离子电容传感器的结构图。b） 用20 g（7.84 kPa）和200g（78.4 kPa）的重量压制的传感器的波德图。c） 按压过程中离子传感器阻抗变化的示意图（X与R同步变化）。d） 温度变化过程中离子传感器阻抗变化的示意图（X与R异步变化）。e） 添加PEDOT:PSS对离子薄膜的影响示意图。带电组件之间的静电相互作用（方框中显示的虚线键）。
图2. 离子传感器的温度灵敏度图像。a） 温度灵敏度测试示意图。b） 具有PEDOT:PSS的离子膜传感器的温度灵敏度图像。c） Δθ与不同频率下的温度曲线。d） 将离子传感器的温度传感参数与文献中报道的参数进行比较，包括灵敏度和温度检测范围。
图3. 离子传感器的压力传感特性测试。a） 传感器在不同压力范围下的灵敏度系数。b） 在室温下由重物按压的传感器的电容和电相变。
图4. 可变温度和压力测试。a） 用热砝码（20 g）按压前后传感器ΔC/C0的变化。b） 在用热砝码（20 g）按压之前和之后，传感器的Δθ的变化；插图：热砝码的红外图像。c） 用冷砝码（20 g）按压前后传感器Δc/C0的变化。d） 在用冷重（20 g）压制之前和之后传感器的Δθ的变化；插图：冷砝码的红外图像。
图5. 室温和可变温度加压试验。a） 两个室温砝码在IEM蒙皮上的位置。b） 当传感器被两个室温砝码（20 g和100 g）按压时，ΔC/C0的二维图。c） 当传感器被两个室温砝码（20 g和100 g）按压时，Δθ的二维图。d） IEM皮肤上具有不同温度的两个砝码的位置。e） 当传感器在不同温度下被两个重物（20 g和100 g）按压时，ΔC/C0的二维图。f） 当传感器在不同温度下被两个重物（20 g和100 g）按压时，Δθ的二维图。
图6. 基于机械手的温度和压力传感系统及其测试。a） 操纵器、操纵器和交互式手套上的传感器。b） 用机械手指感应水温。c） 用机械手指触摸不同温度下的重物。
来源：柔性传感及器件
来源：学术期刊
