柔性可拉伸电路可以实现可穿戴的压力和脉搏信号测试。

本发明公开了一种电容式超薄柔性应力传感器及其制备方法。该应力传感器包括下层弹性保护薄膜，底面电纺纳米纤维导电膜电极，中间弹性绝缘隔离薄膜，上层电纺纳米纤维导电膜电极，上层弹性保护薄膜，以及分别连接上层电纺纳米纤维导电膜电极和底面电纺纳米纤维导电膜电极的两个金属电极；所述上层电纺纳米纤维导电膜电极和底面电纺纳米纤维导电膜电极分别为利用静电纺丝法制备的定向沉积在中间弹性绝缘隔离薄膜上表面和下层弹性保护薄膜上表面的导电纳米纤维膜。该应力传感器可大范围拉伸，可用于测量大拉伸范围，该应力传感器的电容由其拉伸后的感应面积决定，且该应力传感器的制备工艺简单，具有很好的应用前景。该方法可实现超薄柔性力敏传感器的大规模制备，在传感器以及智能服装等领域有应用前景。 

硅芯片是当代信息技术的核心，当前正向“深度摩尔”（More Moore）和“超越摩尔”（More than Moore）两个方向发展。物联网（IoT）应用是“超越摩尔”技术路线中相当重要的一环，需要数量巨大的集成电路芯片来分析处理来自外部传感器件的海量信号。目前，大多数传感信号采集器件和信号处理单元均为分离设计，将在整体上产生更大功耗并占据更大的空间。由此，复旦大学材料科学系教授梅永丰课题组提出了将信号检测和分析功能集成于同一个芯片器件中的全新概念。作为演示，研究团队将单晶硅薄膜柔性光电晶体管与智能薄膜材料相结合和组装，构造了对不同环境变量进行检测和分析的柔性硅芯片传感器及其系统。这一思路不仅具有优异的可扩展性，还可与当前集成电路先进制造工艺相兼容。5月2日，相关研究结果以《面向智能数字灰尘的硅纳米薄膜光电晶体管多功能集成传感器研究》（“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”）为题发表在《科学进展》（Science Advances）上。研究团队从器件的传感机理入手，利用柔性薄膜组装集成芯片传感器，实现了多种环境参数探测功能的集成。图1：(A) 器件主要功能层示意图；(B) 贴附于曲面上的柔性传感器件阵列；(C) 智能传感器件功能区的光学显微照片；(D)用于湿度传感的集成系统构造图；(E) 氢气通入前后参比器件与检测器件的电流变化，红色为参比电流，蓝色为检测电流。智能材料在环境刺激中可以发生折射率、颜色、晶体结构等方面的光学性质变化，但一般需要光谱设备或比色卡才能进行比对。而翻转的硅薄膜光电晶体管由于没有栅极金属阻挡功能区域的光信号吸收，可以更容易获得高灵敏的传感特性。利用这一点，研究团队将多种智能薄膜材料贴合在器件功能区，智能材料内部物理性质变化引起了微小光学性能改变，从而表现在输出的光电流上，因此可以在同一个芯片上实现对多种不同信号的同时检测。图1A展示了传感器件典型的功能层结构，顶层的智能薄膜材料对环境刺激发生响应，进而改变下方硅单晶薄膜光电晶体管的输出信号。具有2微米厚的热氧化二氧化硅层则作为光电晶体管的封装，对下方器件进行保护。硅薄膜光电晶体管完全由晶圆级先进集成电路工艺方法制备而成，结合了传统硅基光电子器件的高性能和硅纳米薄膜超薄厚度下的优良柔性。图1B是贴附于半径仅为2毫米直径玻璃管上的柔性器件阵列，表现出良好的弯曲性能。图1C是单个器件功能区域的特写，在蓝色虚框部分集成不同智能材料即可实现对不同环境信号的检测。图1D是具有完备传感与数据处理功能的柔性系统合成图，包括传感与参比器件、逻辑与存储单元、信号放大器和电源。研究团队利用该系统实现了对环境中湿度的实时、快速检测，演示的信号为依次减小的三个湿度脉冲。整个过程中直接对环境变化做出响应的信号，即参比器件与传感器件输出电流随时间的变化如图1E中所示。当环境发生变化（如图所示通入氢气），传感器件的输出电流大幅增加，而参比电流保持平稳，再利用差分电路处理，即可给出所检测的环境参数的值。研究团队开发了将智能材料与光电传感结合的新颖传感机制，并将传感模块与后续信号处理等模块集成在一起，展示了其在气体浓度、湿度、温度等多种环境参数检测方面的能力，已经初步具备了未来的“智能数字灰尘”的雏形。该策略也可以应用于其他的数字传感系统，在后摩尔时代中将具有巨大的应用潜力。论文主要由李恭谨博士，博士研究生马喆和尤淳瑜合作完成，并获得韩国延世大学Taeyoon Lee教授和中科院微系统所狄增峰研究员的合作支持。该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委、复旦大学和专用集成电路与系统国家重点实验室等大力支持。

（ (A) 器件主要功能层示意图；(B) 贴附于曲面上的柔性传感器件阵列；(C) 智能传感器件功能区的光学显微照片；(D)用于湿度传感的集成系统构造图；(E) 氢气通入前后参比器件与检测器件的电流变化，红色为参比电流，蓝色为检测电流 ）

柔性传感器由柔性材料（基材）制成，兼具柔韧性和延展性，是柔性电子领域的关键元件之一。 一、项目进展 已注册公司运营 二、企业信息 企业名称 上海索夫特电子有限公司 企业法人 王保余 注册时间 2021.9.3 注册所在省市 上海市 组织机构代码 9130112MA7AH2J59Y 经营范围 技术服务、技术开发、电子专用材料销售、电力电子元器件制造、新材料技术研发 企业地址 上海市闵行区景联路389号9幢1层 获投资情况 团队投资50万元整 三、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 唐桤泽 物理学院/光电信息科学与工程 2020.9.1/2024.7.1 王保余 材料学院/复合材料与工程 2018.9.1/2022.7.1 潘一 材料学院/复合材料与工程 2018.9.1/2022.7.1 赵珩宇 材料学院/新能源材料与器件 2018.9.1/2022.7.1 杨扬 物理学院/应用物理学 2020.9.1/2024.7.1 曾剑涛 物理学院/应用物理学 2020.9.1/2024.7.1 范世昌 物理学院/光电信息科学与工程 2020.9.1/2024.7.1 四、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 张震 物理学院/物理化学 无/讲师 功能纳米材料的可控制备及其在印刷电子领域的应用 五、项目简介 柔性传感器由柔性材料（基材）制成，兼具柔韧性和延展性，是柔性电子领域的关键元件之一。项目通过开发功能型电子墨水，以印刷电子技术为手段，推动高精度柔性传感器增材制造，有效解决高精度和高阈值相悖、多模态信号串扰等技术痛点，助力柔性可穿戴电子发展，更好服务人类智能生活。 自主研发的高精度柔性传感器具有三大核心技术：①设计多级微结构、模块化传感电路，解决模态间的串扰，实现精度、阈值、模态以及稳定性的协同提高；②针对不同传感电路，开发温敏、压敏以及湿敏电子墨水，在填料组成、结构以及复配方面提升其信号响应性能；③采用喷墨打印、点胶打印和丝网印刷等高精度、高效率、节能的制备工艺，实现多模态柔性传感器的逐层叠印生产，同时提升多模态传感电路的印刷精度。所开发三模态柔性传感器实现温度、湿度、压力的同时采集，模态串扰率≤3%，成本降低70％，性能和逐层印制工艺国际领先，已发表4篇发明专利、1篇SCI论文和5项软著。 团队已与上中下游厂商建立良好合作关系，柔性温敏传感器完成中试、小规模试产（120万片），产值120万；温度、湿度双模态传感器应用于柔性红光面膜仪，与厦门银方签订意向订单；三模态传感器工艺较成熟，预计2023年实现量产。

本发明属于物料输送质量控制设备相关领域，并公开了一种基 于柔性传感器张力分布检测的纠偏器，其包括纠偏单元、流向调整单 元、角度测量单元、角度调整单元和中央处理单元，其中该纠偏单元 包括传动辊、张力辊、柔性传感器和纠偏执行机构等，由此实现张力 分布和总张力检测同时执行纠偏操作;该流向调整单元用于实现正负 双流向模式调整功能;该角度测量单元用于测量纠偏框架安装后的俯 仰角偏差和回转角偏差，并相应由所述角度调整单元执行俯仰角和回 转角的偏差消除。通过本发明，能够实时精确地获取物料输送时的张 力分布，并根据

利于层状纳米材料比表面积大的特点，在碳基柔性衬底上制备了高性能柔性 超级电容器，及葡萄糖传感器。超级电容器的能量密度最大为50.2Whkg-1,功 率密度为8002 W kg-1 at 17.6 Wh kg-1,充电1分钟能点亮两只绿色LED灯3 到5分钟。性能处于国际先进水平，成果先后发表于JALC0M , 714(2017) 63-70； 763 (2018) 926-934 等。

本成果来自省部级科技计划项目