研究團隊的設計思路是將化學電池直接設計成傳感器，形成自供電壓力傳感器，從而減少傳感器中的器件數量，降低電路的復雜性……

柔性和可穿戴的觸覺傳感器在健康監(jiān)測、人機交互等領域的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的電阻式或電容式傳感器雖然廣泛應用，但其仍需外部電源持續(xù)供能，而壓電式和摩擦電式傳感器則僅對動態(tài)機械刺激做出響應。為了克服這些限制，研究人員一直在探索開發(fā)無需外部電源、能夠同時監(jiān)測動態(tài)和靜態(tài)機械刺激的觸覺傳感器。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院的研究團隊提出了一種基于化學電池反應的自供電柔性觸覺傳感器，可用于動態(tài)和靜態(tài)機械刺激檢測。相關成果以“A self-powered flexible tactile sensor utilizing chemical battery reactions to detect static and dynamic stimuli”為題發(fā)表在《納米能源》上。

研究團隊的設計思路是將化學電池直接設計成傳感器，形成自供電壓力傳感器，從而減少傳感器中的器件數量，降低電路的復雜性，為此，該團隊提出了一種簡單的紙基夾層固態(tài)Zn-MnO2電池，來作為傳感器的自供電電源。

固態(tài)Zn-MnO2電池具有成本低、環(huán)保、安全性高、鋅含量豐富等優(yōu)點，而隨著印刷技術的進步，紙張由于其卓越的柔韌性、低功耗也成為了實現(xiàn)先進柔性電子設備的十分有前途的柔性基材。

具體結構上，研究團隊采用雙面膠（3M）框架隔離固態(tài)Zn-MnO2電池的正極和電解液，使其在初始階段不接觸，并具有自粘性，因此，傳感器在無壓力的情況下處于開路狀態(tài)，無法輸出電信號，待機功耗也最小。而隨著外部負載的升高，電極與電解液的接觸面積不斷增大，會導致傳感器的界面電阻減小，輸出電流增大，利用這種機械信號到電信號的轉換就可以測量動態(tài)/靜態(tài)壓力。

傳感器的框架結構

據了解，固態(tài)Zn-MnO2電池的開路電壓為1.29V，最高短路電流密度為2.8mA/cm2，完全可以滿足小型電子器件的供電需求。同時，作為壓力傳感器而言，其具有較高的靈敏度，在0-25 kPa范圍內平均為1.27 μA/kPa，在25-500 kPa范圍內平均為0.14 μA/kPa，響應時間為42 ms，恢復時間為41 ms，最小壓力分辨率達到數十帕斯卡。

傳感器應用效果

據悉，這種紙基柔性器件具有電池和傳感器的雙重特性，可以作為柔性電源進行重復充電和放電，同時實現(xiàn)小型化、柔性、耐用的觸覺傳感特性。傳感器的制備過程簡單、環(huán)保，利用紙張作為柔性的基底材料，不僅成本低廉，具有可降解性，并且還能夠制造成不同的形狀和尺寸，未來有望在醫(yī)療保健、人機界面等各個領域得到廣泛應用。