中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國震課題組近日開發(fā)了一種新型的由微電容陣列驅(qū)動的可穿戴氣體傳感器與實(shí)時顯示系統(tǒng)。

柔性可穿戴電子設(shè)備的飛速發(fā)展與商業(yè)化應(yīng)用加快了能源存儲器件的變革與升級。為了良好的匹配可穿戴電子器件，所使用的能源存儲器必須具備安全性高、體積小、壽命長、易集成化、功率密度高等特點(diǎn)。

鑒于上述要求，平面微型電容器成為最佳的供能器件的選擇。但是單個的電容器電壓窗口較小，能量密度較低，很難連續(xù)不間斷地為可穿戴器件供能。解決這個問題最便捷的方式是將多個微型電容器串聯(lián)形成陣列為可穿戴集成系統(tǒng)的功能單元供電。到目前為止，已經(jīng)有許多不同類型的電容器陣列驅(qū)動的集成探測系統(tǒng)相繼被開發(fā)出來，例如集成光探測系統(tǒng)、集成壓力傳感器系統(tǒng)等等。除了壓力、光、熱等傳感器，有機(jī)氣體傳感器近年來在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場與安防等領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大，但是與光探測、壓力傳感器相比，氣體傳感器對目標(biāo)氣體的響應(yīng)時間長，相應(yīng)的能耗更大，對能源器件的要求更高，加大了集成的難度。因此，對自驅(qū)動氣體傳感器這一集成系統(tǒng)的研究具有重要的意義。

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國震課題組近日開發(fā)了一種新型的由微電容陣列驅(qū)動的可穿戴氣體傳感器與實(shí)時顯示系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)由基于電沉積聚吡咯電極材料的圓形電容器陣列、基于碳納米管/聚苯胺材料的常溫乙醇?xì)怏w傳感器和原位氣體分析與顯示系統(tǒng)組成。所組裝的電容器的面積比電容為47.42mf/cm2，氣體傳感器在常溫下對乙醇?xì)怏w的響應(yīng)回復(fù)時間分別為13s和4.5s。當(dāng)有氣體進(jìn)入傳感器中時，氣體傳感器兩邊的電流會發(fā)生變化，電路板中元件會采集這個變化并進(jìn)行計(jì)算，與預(yù)先存儲的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較從而得出氣體的濃度值，再經(jīng)藍(lán)牙把信號傳輸?shù)绞謾C(jī)，隨即手機(jī)app上會顯示出對應(yīng)的氣體濃度并繪制出實(shí)時的i-t曲線，在個性化酒駕測試等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。

研究成果近期發(fā)表在nano energy （2017, 41, 261.）期刊上。工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器在生物醫(yī)學(xué)檢測、智能機(jī)器人、柔性顯示、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域往往需要傳感器具有可彎曲、可拉伸的特點(diǎn)，能夠滿足貼附在各種不規(guī)則的表面上的需求。中科院半導(dǎo)體所在柔性自驅(qū)動氣體傳感與顯示系統(tǒng)取得新進(jìn)展，對我國傳感器行業(yè)也是一次不小的進(jìn)步。

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