基于拓扑型微米叶传感电极的超级电容型柔性压力传感器

可穿戴电子设备能够采集人体的物理化学信号，在人机交互、智能医疗等领域发挥重要作用，传感电极的微纳材料与结构设计是其中的重要研究内容。离子型压力传感器中的离子能够有效结合传感电极信号与人体的化学环境，是可穿戴电子器件的研究热点之一，其中，有效促进体系中离子-电子的传输是提升传感性能的关键。

针对上述问题，安徽大学集成电路研究院曾玮副教授与合作者提出一种拓扑型微米叶传感电极结构，电极内部的铋烯作为导电框架，中间的BiOCl-Bi₂O₃活性层提供超容性，外部的硼烯不仅提升超容性，而且维持了整体的拓扑形状。基于该传感电极，设计实现了基于蚕丝蛋白水凝胶的电解质，构成了整体的超级电容型柔性压力传感器件。

图1 拓扑型微米叶传感电极在应力下的压离子传输机理

研究表明，在压力传感器工作过程中，电极的微米叶拓扑结构有利于电解质中离子的抽取和迁移，制得的传感器用于柔性电子皮肤时，具有宽检测范围，低检测限和优异的耐久性。器件在50~150 Pa的范围内，灵敏度为1.60 kPa^-1，在150 Pa-8.5 kPa范围内，灵敏度为1.01 kPa^-1，检测下限达0.59 Pa，最大检测范围~220 kPa，经过10000次循环，相对电容能保持97.92%，应用于人体关节运动、面部表情的监测与识别，为离子型传感器件与装置的设计与实现提供了新思路。

图2 基于拓扑型微米叶传感电极的压力传感器在人体关节及面部表情识别上的应用

相关研究成果以“Piezoionic Transfer Effect in Topological Borophene-Bismuthene Derivative Micro-leaves for Robust Supercapacitive Electronic Skins”为题发表在材料科学重要期刊《Nano Energy》上，安徽大学为论文第一单位，集成电路学院2020级硕士研究生周艳红为论文第一作者，安徽大学曾玮副教授，廖同庆教授、合肥师范学院卫宁副教授为论文共同通讯作者，集成电路研究院王思亮副教授，武汉纺织大学熊祎副教授，2020级硕士研究生荣达，集成电路学院本科生王琦、张晓宇，电子信息工程学院本科生何鑫怡，文典学院本科生宁仁杰参与了工作。研究工作得到了国家自然科学基金，安徽省自然科学基金等项目的支持。