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新型壓力觸控傳感器 靈敏度高且穩定性強

發布時間:2019-06-25


Force Touch,可稱為“壓感觸控”、“力感觸控”、“壓力觸控”,目前尚沒有統一的名字。這項技術是 Apple 公司用于其旗下產品 Apple Watch、全新MacBook 以及全新13英寸 MacBook Pro 的一項觸摸傳感技術。



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新型壓力觸控傳感器 靈敏度高且穩定性強


通過 Force Touch 技術,相應設備可以感知輕壓以及重壓的力度差別,并調出不同的對應功能。Force Touch 技術,再一次讓科學界和產業界廣泛關注可識別外界刺激位置與力度的壓力觸控傳感器。


如今,壓力觸控傳感器已應用于各個領域,例如可穿戴設備、柔性顯示器、類人機器人。幾十年來,大量研發工作都致力于提升壓力靈敏度,實現工業級的感知設備。

然而,將壓力觸控傳感器應用于柔性電子設備,卻仍頗具挑戰性。因為當設備彎曲時,感知性能會由于機械壓力與形變而產生變化與退化。


創新

為了戰勝這些挑戰,近日韓國科學技術院(KAIST)研究人員們研究出一種薄、柔、透明的分層納米復合材料,進而設計出一種高性能且透明的納米壓力觸控傳感器。研究團隊稱,他們設計的傳感器同時具備了工業級應用所需要的全部必要特性:高靈敏度、透明、對彎曲不敏感、可制造性。


該校電氣工程學院的教授 Jun-Bo Yoon、博士生 Jae-Young Yoo 以及博士 Min-Ho Seo 組成的團隊開展了這項研究,相關論文成為了《先進功能材料(Advanced Functional Materials)》期刊的封底。


技術


為了解決前文所述的挑戰性問題,研究團隊專注于開發無氣隙的傳感器,從而打破傳統技術的束縛。因為在傳統技術中,為了保持高靈敏度與柔性,壓力觸控傳感器需要在電極之間具有氣隙。


研究人員提出的這種無氣隙的壓力觸控傳感器,是基于含有金屬納米顆粒和納米格柵基底的透明納米復合物絕緣體。金屬納米顆粒能根據壓力,最大化絕緣體中的電容變化;納米格柵基底會通過聚集壓力,來增加透明度和靈敏度。團隊最終成功地制造出高度靈敏、透明、柔性的壓力觸控傳感器。在反復受到壓力的情況下,傳感器仍然可以保持機械穩定性。


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上部圖片:透明、柔性壓力觸控傳感器的原理示意圖;下部圖片:采用壓力聚集來提升靈敏度


新型壓力觸控傳感器 靈敏度高且穩定性強


更進一步說,通過在同一平面上安置感應電極作為中性面,壓力觸控傳感器甚至能夠在彎曲至圓珠筆半徑的情況下運行,而且不會改變其性能。


科研人員提出的壓力觸控技術也滿足了大規模量產的要求,例如大面積均勻性、可復演性、與溫度以及長期使用相關的穩定性。


最終,研究團隊將傳感器應用到可監測脈搏的可穿戴健康保健設備中,實時檢測人類脈搏。此外,研究團隊還通過HiDeep公司證實,7英寸的大面積傳感器可以集成到商用的智能手機中。


價值


領導這項研究的博士生 Jae-Young Yoo 表示:“我們采用一種簡單的結構與制造工藝,成功開發出一種工業級的壓力觸控傳感器。我們希望它可以廣泛地應用于用戶觸控接口與可穿戴設備。”


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新型壓力觸控傳感器 靈敏度高且穩定性強


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