中国海洋大学在柔性电子器件研究领域取得新进展

发布者:王乐水发布时间:2022-01-03浏览次数:1179

近日,中国海洋大学联合河北大学、北京航空航天大学、中国石油大学(华东)等研究单位,利用劈裂碳纳米管设计了一种柔性多功能传感器件,相关研究以“Flexoelectricity Driven Fano Resonance in Slotted Carbon Nanotubes for Decoupled Multifunctional Sensing”(利用劈裂碳纳米管中挠曲电场驱动的Fano共振实现退耦合多功能传感)为题,发表于国际著名期刊Research。中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院豆坤鹏副教授为共同通讯作者之一,中国海洋大学硕士研究生任金龙为论文第一作者,中国海洋大学为论文第一单位。

柔性电子器件的兴起促进了人工智能和物联网的发展,基于皮肤仿生学的多功能传感是其中一个重要应用方向,多功能模式的一个核心问题是不同信号之间的干涉,有两种主要途径来应对这类问题:一是2020年Science报道了利用离子导体的电荷弛豫时间和归一化电容可同时不相干地识别触觉刺激和温度;二是将新颖仿生结构引入纳米材料。利用仿生结构在纳米尺度下的量子效应是本研究的出发点。

仿照蜘蛛腿部器官在碳纳米管中引入劈裂,

利用化学门控和力学门控在该仿生结构诱发的量子效应实现柔性多功能传感

通过参考蜘蛛腿部的器官结构,研究团队提出了碳纳米管劈裂结为核心单元的概念器件(Schematic 1),利用挠曲电效应驱动的Fano共振现象提供新颖的信号转化机制,保障了温度和触觉信号退耦合读出,力学信号来自Fano有效因子的变化,温度通过劈裂结的塞贝克系数读出,反映了劈裂结本身的成键特性,两种物理信号几乎不相干,实现了温度触觉同时的准确测量。此外,单分子吸附的化学门控与力学形变产生的挠曲电门控,两者叠加后,劈裂结Fano有效因子的变化可用来准确区分三种典型的不同类型分子:得电子类型,失电子类型和惰性类型。

值得一提的是,此工作发现间隔5nm的碳基分子片段在发生力学形变后,仍会产生较强的量子干涉效应,前线轨道发生较大劈裂,这为海洋寡糖与蛋白质相互作用机理及其治疗药物研发提供了新的分析思路:蛋白分子的聚集过程涉及弯折形变,挠曲电效应产生的局域电场对蛋白分子片段相互作用的影响,寡糖分子的引入对局域电场的影响等尚需要原子尺度的分析,这将成为下一步研究要突破的方向。

Research是中国科协和美国科学促进会于2018年共同创办的定位为国际一流、高影响力的综合性大型OA科技期刊,是Science自1880年创建以来的第一本合作期刊。

通讯员:王志敏