开元体育网址未来技术学院王新团队在柔性电子器件、人机界面、人工突触等领域取得系列

　　开元体育网址未来技术学院王新团队在柔性电子器件、人机界面、人工突触等领域取得系列研究进展功能材料、力学和设备设计方面的创新刺激了柔性可穿戴设备的飞速发展，包括传感、信号传输和自驱动电源。近期王新教授团队在柔性电子器件、人机界面、人工突触等领域取得系列重要研究进展。相关研究成果发表在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Small等国际期刊。

　　随着物联网和人工智能时代的到来，自供电电子产品的发展势在必行。然而，目前流行的多功能电子器件在刚性电极、堆叠层和外部电源等方面仍面临巨大挑战，限制了柔性电子器件的发展。

　　针对这一问题开元体育，王新团队制备了一种由离子液体和氟碳弹性体组成的透明、自愈、防冻的离子凝胶，用于单层摩擦电纳米发电机（M-TENG）和基于电磁能量的触摸面板。该离子凝胶具有出色的透明度（90%）、抗冻稳定性（253 K）、优秀的拉伸性（600%）和重复自愈能力等显著特性。此外，利用法拉第感应定律和固有的天线特性，该离子凝胶可以无缝转化为自主多功能表皮触摸面板，并展示了出色的输入能力，如书写、控制电脑游戏。该离子凝胶的创新具有重塑下一代电子产品轨迹的潜力，并深刻地改变人机交互的范式。

　　目前，防伪和视觉光学信息加/解密技术在信息安全领域受到了广泛关注，但发光加密技术仍然面临着外部高压电源、复杂的结构和昂贵的解密设备等巨大挑战，阻碍了其广泛应用。王新团队开发了一种可穿戴式集成自供电电致发光（EL）显示器件（W-ELD），该器件由MXene/硅基摩擦电纳米发电机（MS-TENG）和基于共享MXene电极的EL器件组成，用于图案显示和信息加密。当滴下导电电解质溶液时，图案化MXene电极的W-ELD可以通过自驱动的电致发光器件显示精确的加密信息，实现实时的可视化信息交互。集成MS-TENG和EL器件的一体化MXene电极W-ELD展示了卓越的图案信息加密功能，在可穿戴自供电光电器件、柔性显示器和加密技术方面具有潜在的应用前景。

　　导电水凝胶作为可穿戴电子产品有前途的候选者，在健康监测、多功能电子皮肤和人机界面方面引起了广泛关注。然而，同时实现导电水凝胶优异的电学性能、优越的拉伸性和低检测阈值仍然是一个巨大的挑战。由此，王新团队研制了一种用于健康监测和机器学习辅助目标识别的超可拉伸高导电性MXene基有机水凝胶（M-OH），该水凝胶由Ti3C2TxMXene/锂盐（LS）/聚丙烯酰胺（PAM）/聚乙烯醇（PVA）基水凝胶通过硝酸/水二元溶剂的浸渍策略制备而成。所制备的M-OH具有显著的拉伸性（2000%）、高导电性（4.5 S/m）以及低检测阈值（12 pa）。本研究展示了超伸缩高导电性M-OH健康监测和物体识别的优异综合性能，将进一步在个人医疗、人机界面和人工智能方面探索广泛的潜在应用前景。

　　具有数字和模拟双模式电阻开关的忆阻器作为信息处理元件是一个前沿的研究热点开元体育。目前，制备数字和模拟双模式运行的人工感觉神经网络系统仍然是忆阻器研究的巨大挑战。王新团队提出的基于CsPbBr3的忆阻器具有高开关比（103）、长保留时间（104s）、稳定续航时间（100个周期）和忆阻特性，可作为人工突触实现基本的生物突触功能和基于可控电阻调制的神经形态计算。在监督学习的辅助下，该人工感觉神经网络系统将人工突触与基于压阻式传感器的5 × 5触觉传感阵列相结合，可以识别不同字母的手写模式，准确率高达94.44 %。基于CsPbBr3的忆阻器已经实现了触觉感觉神经形态计算，这将为感官机器人、电子皮肤和类人触觉感知铺平道路。

　　具有多模态感知能力的电子皮肤（E-skin）在智能机器人的目标分类中具有广阔的应用前景。然而，在多种类型的输出信号中，实现E-skin的目标分类能力仍面临着严峻的挑战。王新团队提出了一种基于全电阻输出信号的分层压力-温度双峰传感电子皮肤，该电子皮肤由激光诱导的石墨烯/硅橡胶（LIG/SR）压力传感层和NiO温度传感层组成。高导电性LIG被用作压敏材料和电极，得益于LIG的高导电性，其压力感知灵敏度为−34.15 kPa−1。同时，在24 ~ 40℃范围内，电阻温度系数为−3.84%℃−1。基于这种电子皮肤的智能手套可以对不同形状、大小和表面温度的各种物体进行分类，在深度学习的帮助下，准确率达到92%以上。该分层压力-温度双模式传感电子皮肤在人机界面、智能机器人和智能假肢方面具有潜在的应用前景。

　　精确的控制界面和高灵敏度的触觉感知是智能机器人正常高效运行的必要条件。目前大多数研究都集中在人机界面，而对机器人自主控制界面的研究却很少。近期，王新团队设计了由两种不同工作模式的激光诱导石墨烯（LIG）摩擦电纳米发电机（TENGs）集成的器件，由基于LIG两种不同工作模式TENG集成的多功能器件同时实现了精确无线控制和敏感触觉模式识别（0-2.8 kPa范围内的压力灵敏度为2.2 V/kPa），这将在超宇宙、无人驾驶车辆和智能机器人中展示出潜在的应用前景。

　　为了提高输出电荷密度，实现高性能的摩擦纳米发电机（TENG），提高摩擦材料的介电常数是一种重要的研究策略。王新团队基于BaTiO3: La嵌入聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）纳米纤维膜（BLPT-NM）制备了高性能TENG，用于能量收集和无线能量传输。通过简单的静电纺丝和适当的BaTiO3:La浓度优化，所制备的BLPT-NM的电负性增强，介电常数显著提高（10 kHz时为38.8）。基于BLPT-NM（3 × 3 cm2）制备的单电极TENG具有优异的输出性能，与原始PVDF-TrFE-NM制备的TENG相比，功率密度（2.52 W m-2）和摩擦电荷密度（87.3 μC m-2）分别显著提高了11倍和3倍以上。更重要的是，利用基于BLPT-NM的TENG在直接采集环境生物力学能量后产生的麦克斯韦位移电流，成功实现了传输电信号的无线能量传输。本研究为提高无线能量传输系统的输出性能提供了有效的策略，为进一步推动无线能量传输技术的发展开辟了新的途径。

　　亚硝酸盐是食物的主要添加剂，过量摄入将严重影响血氧输送能力，且容易诱发食道癌，如何现场快速低成本检测亚硝酸盐浓度仍然存在较大挑战。由此，王新团队构建了手持式集成电化学传感系统实现快速的现场亚硝酸盐检测，利用微流控技术以及MXene/MWCNTs/VB12修饰的电极特异性识别亚硝酸根离子，通过无线信号传输检测信号，实现亚硝酸盐的检测开元体育。该系统在个人食物安全和健康具有重要的应用价值。

　　以上工作得到了中国国家自然科学基金（11774384）、河南省自然科学基金项目(5)的大力支持。

　　王新，教授，博士生导师，黄河学者。主要从事纳米能源（纳米发电）与柔性物理器件等领域的研究。主持国家自然科学基金项目3项，参与国家自然科学基金委重点项目、863计划、中科院重大研究计划和先导专项等10余项。近年来共发表SCI论文40余篇，包括Adv.Funct. Mater., ACS. Nano, J. Am. Chem. Soc., Nano Energy等国际知名杂志，被引用次数超过4000余次，单篇最高引用次数超过600次；授权发明专利10项；获中国科学院院长优秀奖、教育部自然科学二等奖、中国分析测试协会科学技术奖一等奖等荣誉奖项。