“千层酥”结构摩擦电传感器，实现自供电触觉感知与材料识别
9月15日
人体皮肤能够感知压力、触碰、滑动等多种机械刺激，并将信息传递至神经系统和大脑完成识别。如何在柔性电子器件中实现类似的多维度触觉感知，一直是智能机器人、人机交互和可穿戴电子领域的重要研究方向。摩擦电纳米发电机（TENG）能够将机械刺激直接转换为电信号，具有结构简单、材料选择范围广、无需外部电源等优势。然而，传统摩擦电传感器通常面临灵敏度、柔韧性、输出性能和长期稳定性之间难以兼顾的问题。此外，仅依靠单一电学信号，也难以准确识别复杂动作和外观相同但材质不同的物体。
针对上述挑战，江南大学张丹教授团队通过分子调控与仿生结构设计相结合，构筑了一种具有“千层酥”多级层状结构的自供能摩擦电触觉传感器。该器件通过静电纺丝与静电喷雾相结合的工艺技术，构建了由壳聚糖（CS）／细菌纤维素（BC）／聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯（PSBMA）纳米纤维和MXene／Ag复合导电层组成的多层结构，并结合卷积神经网络，实现了人体复杂动作监测以及形状相同物体的材料识别。相关研究成果以“Integrated Molecular-Structural Design of‘Mille-Feuille’Triboelectric Sensors for Self-Powered Tactile Perception and Material Recognition”为题，发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。
CBM纳米纤维的结构、理化性质及机理表征
研究团队首先通过静电纺丝构筑CS／BC／PSBMA复合纳米纤维支架，并利用静电喷雾技术交替引入MXene／Ag复合导电层，形成类似“千层酥”的多级层状结构。各组分之间通过氢键、静电作用等非共价相互作用实现稳定组装，从而兼顾材料的柔韧性、界面结合性能与机械稳定性。对CBM纳米纤维膜的微观结构、表面化学和界面作用等方面表征结果表明，PSBMA、MXene和Ag纳米颗粒之间的协同作用能够增强界面极化和电荷捕获能力，改善层间接触与电荷传输，并有效抑制电荷耗散，为获得优异的摩擦电输出和触觉传感性能奠定了基础。
CBM 纳米纤维基TENG传感器的传感机制与触觉感知性能
基于CBM纳米纤维膜构建的摩擦电纳米发电机具有良好的电荷产生和输出能力。多级纳米纤维结构能够增加有效接触面积，PSBMA有助于增强介电极化和电荷存储，MXene／Ag复合导电层则改善了电荷收集与传输过程。多种因素协同作用，使器件表现出较高的摩擦电输出和良好的循环稳定性。CBM-TENG的触觉传感机制及感知性能测试结果表明，该器件能够将压力、触碰等机械刺激转化为可识别的电信号，具有1.21 Pa的低检测限、2.45~100 kPa的宽工作范围，以及35 ms的响应时间和29 ms的恢复时间，表明其具备快速、灵敏的动态触觉感知能力。
智能机器人夹爪系统中基于机器学习的物体识别与分类
在此基础上，研究团队将CBM-TENG集成于智能机器人夹爪，并结合卷积神经网络对触觉信号进行分析。由于不同材料在接触过程中产生具有差异性的电信号，即使物体具有相同的几何形状，系统仍能够依据触觉信息对其材料属性进行识别和分类。在当前测试数据集中，材料识别准确率达到100%，实现了基于触觉信息的智能分拣。
综上，研究团队通过分子调控、材料复合与仿生多级结构设计，构筑了具有“千层酥”结构的自供能摩擦电触觉传感器。PSBMA、MXene／Ag及多层纳米纤维结构的协同作用，使器件兼具高灵敏度、快速响应、宽检测范围和良好稳定性。结合卷积神经网络，该传感器不仅能够实现人体运动的实时监测，还能够准确识别形状相同物体的材料属性，为自供能柔性电子、智能机器人和人机交互等领域提供了新的技术方案。
（来源：易丝帮）
纺织导报网站版权及免责声明
- 凡本网注明“来源：纺织导报”的所有作品，版权均属于《纺织导报》，未经本网授权，任何单位及个人不得转载、摘编或以其他方式使用上述作品。已经获得本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：纺织导报”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
- 凡本网转载自其他媒体的作品，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网观点，也无法保证其内容之准确性或可靠性。
- 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的，请在30日内进行。
※ 有关作品版权事宜请联系：010-84463638转8850 电子邮箱：info#texleader.com.cn
京公网安备 11010502045125号
