物聯(lián)網(wǎng)（IoT）新時代的推進離不開各種新型柔性傳感器和執(zhí)行器的發(fā)明和制造。具有自供電、可識別壓力方向、低成本、響應(yīng)速度高等諸多優(yōu)勢的壓電傳感器將非常適用于低功率電子設(shè)備。然而，常見的壓電陶瓷或厚膜如鈦酸鋇（BaTiO3）、鋯鈦酸鉛（Pb(Zr, Ti)O3）等需要復(fù)雜的高溫?zé)Y(jié)工藝，且較大的剛度限制了其在柔性可穿戴電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)有的柔性電子器件制造工藝，如激光輔助剝離法、標(biāo)準(zhǔn)微機械加工和軟光刻技術(shù)等，需要高成本、復(fù)雜工藝以及高能耗。盡管已經(jīng)有學(xué)者提出采用靜電紡絲或者3D互連壓電陶瓷泡沫的方法可以制備出具有一定柔性的鈦酸鋇陶瓷，但是鈦酸鋇陶瓷纖維本身的脆性仍然無法避免。納米材料自發(fā)組織成高度有序結(jié)構(gòu)的過程決定了自組裝過程不需要高能耗和耗時的高溫?zé)Y(jié)階段。因此，通過自組裝工藝制備兼具高壓電性和柔性的壓力傳感器將是非常有意義的。
本研究提出一種通過自組裝方法制備柔性器件的策略。首先通過低溫水熱法得到了單分散的10 nm單晶鈦酸鋇納米立方體，利用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝工藝將其生長到電子級玻纖布上制備了一種超柔性和連續(xù)的壓電材料系統(tǒng)，成功克服了具有高壓電性能的壓電傳感器通常較硬或較脆的局限性。由于避免了高溫?zé)Y(jié)，具有分層結(jié)構(gòu)的玻璃纖維織物（Glass Fiber Fabric，GFF）基底仍保留自身優(yōu)越的柔韌性和魯棒性?；?0 nm BaTiO3納米立方體/GFF 薄膜制造的壓電傳感器具有超高靈敏度（在 0-10 N 的低力范圍內(nèi)為 101.09 nA/kPa和 3.31 V/kPa）和快速的響應(yīng)時間特性（19 ms）?；谄鋬?yōu)異的自供電傳感性能，傳感器可以智能識別筆跡或識別鍵盤用戶，且最初采集的電信號與3000次彎曲循環(huán)后的電信號基本相同，證明了所制備的傳感器應(yīng)用于人機交互領(lǐng)域的潛力。同時，這項工作為制造高性能、超柔性、低成本的壓電傳感器提供了新的視角，可望在柔性可穿戴設(shè)備領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
論文第一作者為上海交通大學(xué)2020級碩士研究生周佩汝，郭益平教授為論文的通訊作者。郭益平教授所帶領(lǐng)的智能與能源復(fù)合材料研究小組長期致力于鐵電/壓電功能復(fù)合材料，能源及催化材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，研究工作得到了上海市科委重點基礎(chǔ)研究項目（No.20JC1415000），國家自然科學(xué)基金項目（11874257和 52032012）和上海交通大學(xué)科技創(chuàng)新基金的資助。
