近日,我院苏丽副教授在用于光子成像和信息交互的高亮度和高分辨率摩擦诱导电致发光皮肤领域取得重要进展,研究成果以“High-Brightness and High-Resolution Triboelectrification-Induced Electroluminescence Skin for Photonic Imaging and Information Interaction”为题发表于材料领域国际顶级刊物Advanced Functional Materials(中科院一区,影响因子18.5)。23级硕士生赵国栋、22级光电专业本科生吴优为论文的共同第一作者,苏丽副教授、赵勇教授为通讯作者,23级硕士生汪晨、郭杨司雨参与了此项研究,东北大学秦皇岛分校为唯一完成单位。
具有皮肤功能的人机交互媒介在健康监测、人机交互和机器人技术中的实际应用备受期待。目前,传统类皮肤媒介在满足灵活性、通用性和能效等要求方面仍然面临着一些挑战。一方面,由于像素密度低或像素之间的串扰,这些交互式媒介的开发涉及复杂的生产过程。另一方面,用于数据采集的电线可能会使其运行不稳定,从而限制应力分布成像的空间保真度。自供能光子皮肤因其机械刺激和人类可读视觉光信号之间的高效交互,适用于空间应力的直接成像和测量结果的无线传输。目前,基于力致发光机理(ML)的自供能光子皮肤尽管展现出了广阔的应用前景,但要提高其在灵敏度、传感范围和空间分辨率方面的性能仍具有挑战性。换言之,目前仍然缺乏能够完全适应在实际应力范围(<1 MPa)和高分辨率(<500 μm)下工作的自供能光子皮肤,因此无法满足精确检测机械刺激并以高信息密度对其进行成像的需求。
该工作利用摩擦诱导电致发光(TIEL)技术开发了一种受皮肤启发的新型自供能可视化传感器(SP-SIVS)。通过将表面和体电荷产生与电晕充电处理相结合,SP-SIVS的亮度和空间分辨率均得到了显著提高(亮度提高了10倍,空间分辨率达到100 μm)。同时,杨氏模量(94 kPa)保持在与人体皮肤相当的水平,抗拉强度和伸长率分别超过1000 kPa和1000%。此外,SP-SIVS适用于可穿戴运动检测、指纹形态成像和信息交互等领域。本项工作为开发具有高亮度、高分辨率和可持续性的自供能光子皮肤提供了一个创新框架,为其作为先进光子应用所需的新式交互媒介的普及奠定了基础。