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电子科技大学张晓升教授课题组在穿戴式电子领域取得重要进展
2019-10-24
电子科技大学
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  近日,电子科技大学电子科学与工程学院张晓升教授课题组,提出了一种基于蚕丝蛋白的具有微纳能源采集和多功能复合传感的新型贴片式器件,实现了能量采集、被动传感和主动感知的高度集成,推进了柔性穿戴式电子设备的进一步发展。该项研究工作通过引入和改进工业化微纳制造方法——丝网印刷技术在柔性基底上制备功能电极,通过涂覆功能薄膜和结构创新,实现了能量采集与复合传感的“功能+供能”集成一体化。

  张教授课题组这一相关研究成果以“Printed Silk-Fibroin-Based Triboelectric Nanogenerators for Multi-Functional Wearable Sensing”为题,发表于国际重要学术期刊Nano Energy上 (一区,影响因子15.548,DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104123),电子科技大学为第一单位,博士生文丹良为论文第一作者,张晓升教授为论文唯一通讯作者。

  随着电子科学与技术的飞速发展,电子器件和设备逐渐趋于微型化、智能化和集成化,直接推动了穿戴式电子器件和设备的大量涌现,业已在健康监测、移动通信、智能控制等多个领域有了广泛应用。然而,穿戴式电子设备的深入发展和实用化仍然面临两个关键的问题:能源的可靠可持续供给,以及多功能一体化集成。微纳能源采集技术利用静电、压电、热释电等多种原理,从人体自身和所处环境中采集能量并转化为电能,被认为是解决穿戴式电子器件和设备能源可持续供给问题最有希望的有效途径之一。而利用外部输入激励和微纳能源采集器件电学输出之间换能机理的量化关系,通过结构优化和机理分析,微纳能源采集器件能够设计实现主动式感知传感。

  因此,在上述研究工作中,研究人员提出并实现了一种基于蚕丝蛋白的具有复合传感功能的贴片式纳米发电机,通过摩擦电效应和静电感应相结合,成功实现了人体生物机械能的有效采集和电能转化,瞬时功率密度可达412微瓦/平方厘米。通过引入新型生物可降解材料——蚕丝蛋白薄膜,利用其介电常数对空气中不同状态水分子的差异化响应,率先提出并实现了对空气中水分子存在状态的辨识,并成功实现对人体呼吸状态的被动式监测,以及人体关节运动的主动式检测。因此,该工作成功实现了人体能量采集和多功能复合传感的高度集成,推进了柔性穿戴式电子器件和设备“供能+功能”的深入发展和应用。

  电子科学与工程学院微波电路与微系统集成团队,长期从事智能集成微系统方向的研究工作,现有成员12人,其中高级职称10人,国家级人才4人,承担参与国家级省部级等科研项目三十余项,在柔性微纳电子系统、射频微波集成微系统等重要方向上取得了一系列研究成果。团队负责人张晓升教授是国家青年特聘专家、四川省青年特聘专家、电子科技大学百人计划入选者、博士生导师。主要研究领域是微电子机械系统(MEMS),在智能电路与集成微系统、面向物联网的穿戴式电子器件、微纳能源采集技术等多个重要前沿方向上开展了深入的研究工作,取得了一系列研究成果。

  近五年来,该团队在国际著名学术刊物上共发表论文50余篇,其中影响因子大于12的一区期刊论文16篇,论文已被SCI他引927次(Google引用1563次),其中ESI前1%高被引论文2篇。申请发明专利30余项(授权20项),出版英文专著2本。入选IEEE Transactions on Nanotechnology编委会任Associate Editor,任TRANSDUCERS 2019、IEEE NEMS 2017-2019技术委员会委员及分会主席。累计获得中国电子学会优秀博士学位论文等荣誉奖励20余项。受邀担任Nature Communications, ACS Nano, Advanced Energy Materials, Nano Energy等多个国际重要学术期刊的审稿人。

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