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新型压力触控传感器灵敏度高且稳定性强

2019-06-06 10:15:00

Force Touch，可称为“压感触控”、“力感触控”、“压力触控”，目前尚没有统一的名字。这项技术是 Apple 公司用于其旗下产品 Apple Watch、全新MacBook 以及全新13英寸 MacBook Pro 的一项触摸传感技术。

通过 Force Touch 技术，相应设备可以感知轻压以及重压的力度差别，并调出不同的对应功能。Force Touch 技术，再一次让科学界和产业界广泛关注可识别外界刺激位置与力度的压力触控传感器。

如今，压力触控传感器已应用于各个领域，例如可穿戴设备、柔性显示器、类人机器人。几十年来，大量研发工作都致力于提升压力灵敏度，实现工业级的感知设备。

然而，将压力触控传感器应用于柔性电子设备，却仍颇具挑战性。因为当设备弯曲时，感知性能会由于机械压力与形变而产生变化与退化。

创新

为了战胜这些挑战，近日韩国科学技术院（KAIST）研究人员们研究出一种薄、柔、透明的分层纳米复合材料，进而设计出一种高性能且透明的纳米压力触控传感器。研究团队称，他们设计的传感器同时具备了工业级应用所需要的全部必要特性：高灵敏度、透明、对弯曲不敏感、可制造性。

该校电气工程学院的教授 Jun-Bo Yoon、博士生 Jae-Young Yoo 以及博士 Min-Ho Seo 组成的团队开展了这项研究，相关论文成为了《先进功能材料（Advanced Functional Materials）》期刊的封底。

技术

为了解决前文所述的挑战性问题，研究团队专注于开发无气隙的传感器，从而打破传统技术的束缚。因为在传统技术中，为了保持高灵敏度与柔性，压力触控传感器需要在电极之间具有气隙。

研究人员提出的这种无气隙的压力触控传感器，是基于含有金属纳米颗粒和纳米格栅基底的透明纳米复合物绝缘体。金属纳米颗粒能根据压力，最大化绝缘体中的电容变化；纳米格栅基底会通过聚集压力，来增加透明度和灵敏度。团队最终成功地制造出高度灵敏、透明、柔性的压力触控传感器。在反复受到压力的情况下，传感器仍然可以保持机械稳定性。

上部图片：透明、柔性压力触控传感器的原理示意图；下部图片：采用压力聚集来提升灵敏度

更进一步说，通过在同一平面上安置感应电极作为中性面，压力触控传感器甚至能够在弯曲至圆珠笔半径的情况下运行，而且不会改变其性能。

科研人员提出的压力触控技术也满足了大规模量产的要求，例如大面积均匀性、可复演性、与温度以及长期使用相关的稳定性。

最终，研究团队将传感器应用到可监测脉搏的可穿戴健康保健设备中，实时检测人类脉搏。此外，研究团队还通过HiDeep公司证实，7英寸的大面积传感器可以集成到商用的智能手机中。