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  電子皮膚作為一種在醫(yī)療健康、人工智能以及便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用前景極大的新型器件，近年來受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有電子皮膚大多依靠集成壓力傳感元件的方式實現(xiàn)接觸式位置傳感，不僅使分辨率受制于傳感單元個數(shù)，更導(dǎo)致電子皮膚的潛能與優(yōu)勢無法充分發(fā)揮。

  近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院微納電子學(xué)研究院張海霞教授課題組研制出一種新型的自驅(qū)動非接觸式透明柔性電子皮膚。它結(jié)合摩擦起電原理與空間靜電感應(yīng)效應(yīng)，利用四個電極即可達到1.5mm的二維空間分辨率。與此同時，該電子皮膚能夠檢測垂直距離不超過5cm的帶電體在平行平面內(nèi)的運動，因此實現(xiàn)了非接觸式位置傳感。相關(guān)研究成果以《可應(yīng)用于運動傳感的自驅(qū)動非接觸式電子皮膚》（Self-powered non-contact electronic skin for motion sensing）為題，于2017年12月在材料科學(xué)領(lǐng)域重要期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上發(fā)表（DOI: 10.1002/adfm.201704641）；信息學(xué)院2014級本科生吳瀚翔為第一作者，張海霞教授為通訊作者。

  不同于傳統(tǒng)電子皮膚基于傳感單元陣列實現(xiàn)對于壓力、位置等物理量的數(shù)字式感知，該模擬電子皮膚利用預(yù)起電過程中積累于帶電體表面的電荷，根據(jù)空間位移造成的靜電勢變化在電極上所產(chǎn)生的感應(yīng)電流，通過計算多個電極電壓的相對大小實現(xiàn)極坐標(biāo)平面上的定位。由于利用摩擦表面自主產(chǎn)生的摩擦電荷，電子皮膚實現(xiàn)了完全的自驅(qū)動傳感；又由于模擬定位方法的運用，只需四個電極即可實現(xiàn)二維高精度定位，相較于傳統(tǒng)數(shù)字式電子皮膚極大降低了電極數(shù)量；空間靜電感應(yīng)原理使得目標(biāo)物體的位移可脫離并平行于電子皮膚所在平面，可作為實時游戲平臺的人機交互界面使用，將用戶的手指運動轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給計算機。該電子皮膚通過使用表面具有微結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為摩擦面，不僅增強了摩擦電荷密度，也提高了信號的強度；此外，使用磁控濺射在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）襯底表面的氧化銦錫（ITO）為電極，因此具有很好的柔性與透明性。

  上述研究工作得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等支持，在解決電子皮膚供能問題、增強電子皮膚分辨率以及擴展其功能和應(yīng)用范圍方面取得了重要突破。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201704641/full