随著(zhe)物(wù)聯網和(hé)可(kě)穿戴電子技術的(de)日益進步，對(duì)各種傳感器的(de)開發需求也(yě)在迅速增長(cháng)。壓力映射傳感器由于與人(rén)機界面和(hé)人(rén)造皮膚密切相關，因此需求迫切。常規的(de)壓力傳感器使用(yòng)各種機械和(hé)電氣壓力感測方法，比如壓電，壓阻，以及電容感應機制。此外，場(chǎng)效應晶體管壓力傳感器被廣泛地用(yòng)于電子設備中。這(zhè)使其易于與其他(tā)附件一起使用(yòng)，并且通(tōng)過使用(yòng)有源矩陣結構可(kě)以實現最小的(de)串擾。近期，研究人(rén)員(yuán)表明(míng)可(kě)以通(tōng)過監測場(chǎng)效應晶體管中栅極感應效應的(de)變化(huà)來(lái)測量大(dà)範圍的(de)壓力，在這(zhè)些場(chǎng)效應晶體管中，介電層被空氣取代，從而介電層的(de)厚度随外部接觸而變化(huà)。但是，盡管具有這(zhè)些優點，但仍需要龐大(dà)的(de)設備來(lái)操作整個(gè)系統，例如外部電源和(hé)讀取電信号所需的(de)設備，所有這(zhè)些都會損害系統的(de)便攜性。同樣，即使傳感器可(kě)以傳輸電信号，但如果要與其他(tā)電子設備一起使用(yòng)，仍然需要額外的(de)電線。

　　在這(zhè)方面，必須将電源、無線通(tōng)信裝置和(hé)壓力傳感器集成在一起。通(tōng)過将此類便攜式設備與智能手機進行無線連接，可(kě)以輕松地将來(lái)自設備的(de)信息轉換爲數據，進行分(fēn)析或直接在智能手機上顯示。這(zhè)些收集到的(de)信息最終可(kě)以用(yòng)作分(fēn)析相關數據(如人(rén)體健康數據)從微觀到大(dà)趨勢的(de)基礎。

　　韓國延世大(dà)學研究人(rén)員(yuán)提出了(le)一種小型化(huà)、重量輕和(hé)電壓驅動的(de)系統，該系統可(kě)以通(tōng)過(1)直接打印的(de)方法在傳感器基闆背面制備内置的(de)電池;(2)壓敏開關通(tōng)過消除待機功耗來(lái)實現低功耗驅動;(3)無線通(tōng)信模塊可(kě)以與外部電源進行遠(yuǎn)程互操作。内置可(kě)打印電池具有出色的(de)充電/恒電流放電循環性能，适用(yòng)于具有頻(pín)繁充放電循環的(de)可(kě)穿戴設備。并且還(hái)證明(míng)了(le)由藍牙模塊、傳感器和(hé)電池組成的(de)設備可(kě)以将壓力感應反饋轉換爲電信号，再傳輸到藍牙模塊，并立即顯示在智能手機的(de)屏幕上。盡管已經對(duì)可(kě)印制電池基闆的(de)應用(yòng)進行了(le)一些研究，但是尚未對(duì)全功能設備和(hé)無線通(tōng)信的(de)實際實現進行過報道。此外，設置傳感器陣列可(kě)以形成對(duì)有壓力響應的(de)有機發光(guāng)二極管，讓用(yòng)戶識别可(kě)視化(huà)的(de)局部壓力信息。同時(shí)，通(tōng)過操作壓力切換，電池的(de)能量消耗增加。通(tōng)過構建無線通(tōng)信系統，傳感器結果可(kě)以轉換爲數字信号。而無需額外費用(yòng)。這(zhè)些技術實現了(le)電子傳感器和(hé)移動設備之間的(de)無線通(tōng)信，從而使其變得(de)緊湊且消耗很小功率。因此，在能源和(hé)生物(wù)醫學領域的(de)收集的(de)數據結果是非常有前景的(de)。

　　圖1.(a)壓力傳感集成系統的(de)示意圖，包括壓力傳感器、内置電池和(hé)無線藍牙模塊;(b)壓力傳感器陣列每個(gè)組件的(de)光(guāng)學顯微鏡圖像和(hé)壓力傳感器一個(gè)像素的(de)放大(dà)圖像;(c)直接在壓力傳感器背面制造的(de)内置電池的(de)照(zhào)片;(d)施加壓力(60KPa)引起的(de)電流變化(huà);(e)通(tōng)過OLED的(de)FET的(de)傳輸特性ID-VG曲線

　　圖2.(a)壓力傳感和(hé)每個(gè)組件的(de)電學特性原理(lǐ)機制示意圖;(b)施加不同壓力時(shí)，壓力傳感器的(de)傳遞特性ID-VG曲線;(c)實時(shí)施加不同的(de)壓力時(shí)，器件的(de)輸出電流的(de)改變;(d)施加不同壓力時(shí)，OLED發出的(de)光(guāng)的(de)強度的(de)改變;(e)制備的(de)壓力傳感器-OLED的(de)發光(guāng)響應和(hé)PDMS薄膜壓縮測試得(de)出的(de)真實應力-應變曲線的(de)比較;(f)在相同的(de)60 KPa外加壓力下(xià)實時(shí)比較有無開關的(de)壓力傳感器的(de)響應值;(g)比較重複壓力傳感器操作時(shí)有無開關的(de)功耗;(h)在60 KPa壓力下(xià)對(duì)壓力傳感器進行循環測試

　　圖3.(a)單片集成13.5 VSB-LIB的(de)示意圖，其中OLED内部串聯連接的(de)5個(gè)平面型雙極配置的(de)電池(左)和(hé)單位電池的(de)截面SEM圖像(右);(b)電池中的(de)離子/電子傳輸的(de)示意圖;(c)通(tōng)過紫外線固化(huà)輔助印刷在SiO2介電層上逐步制造SB-LIB的(de)過程的(de)照(zhào)片;(d)恒電流放電曲線;(e)SB-LIB在電流密度爲0.1 C/ 0.1 C下(xià)，7.5-13.5 V電壓範圍内的(de)充放電循環性能;(f)SB-LIB的(de)開路電壓随時(shí)間的(de)變化(huà)曲線;(g)暴露于熱(rè)沖擊(120 ℃/h)之前與之後的(de)SB-LIB充放電曲線的(de)比較;(h)SB-LIB的(de)溫度随SoC的(de)變化(huà)(0%、50%和(hé)100%)的(de)照(zhào)片

　　圖4.(a)有源矩陣傳感器陣列的(de)相應電路，可(kě)選擇性讀出電響應并無線傳輸至智能手機;(b)由壓力傳感器、内置電池和(hé)藍牙組成的(de)集成設備的(de)照(zhào)片;(c)施加壓力而發光(guāng)的(de)單個(gè)傳感器像素的(de)照(zhào)片，以及通(tōng)過無線通(tōng)信接收壓力信息手機的(de)捕獲圖像;(d)施加壓力而發光(guāng)的(de)傳感器陣列的(de)照(zhào)片，以及通(tōng)過無線通(tōng)信接收壓力信息手機捕獲的(de)圖像

　　參考文獻：WoonHyung Cheong, Byungkook Oh, Se-Hee Kim, Jiuk Jang, Sangyoon Ji, Seunghee Lee,Jinwoo Cheon, Seunghyup Yoo, Sang-Young Lee, Jang-Ung Park. Platform forwireless pressure sensing with built-in battery and instant visualization. NanoEnergy, 2019, 62: 230-238.