同濟大學(xué)閆冰教授團隊AM：將仿生發(fā)光皮膚作為超靈敏的溫度-聲學(xué)傳感器用于水下信息識別與傳輸

  ICC訊 人工皮膚傳感器(ASSs)是近年來的研究熱點，其主要通過模擬生物皮膚的結(jié)構(gòu)、功能和行為來感知外部刺激，包括溫度、壓力、振動、聲音、汗液成分和pH，許多類型的刺激響應(yīng)促使ASS被廣泛應(yīng)用于智能機器人、環(huán)境監(jiān)測、可穿戴設(shè)備和智能醫(yī)療等領(lǐng)域。目前，多功能集成的ASS受到了廣泛的關(guān)注，但用于溫度聲音傳感的多功能集成ASS尚未報道，而大量已經(jīng)報道的溫度傳感實驗的靈敏度還有待提高，且所有報道過的聲學(xué)傳感器都僅僅是在空氣介質(zhì)中工作的。因此，開發(fā)超靈敏導(dǎo)電溫度聲學(xué)ASS，并實現(xiàn)其在非空氣環(huán)境中的實際應(yīng)用至關(guān)重要。

  同濟大學(xué)閆冰教授團隊長期聚焦致力于氫鍵有機框架材料(HOFs)的功能化研究，近期該團隊將仿生學(xué)思想巧妙地融合于氫鍵有機框架基發(fā)光器件的制備與應(yīng)用之中，制備出超靈敏的溫度-聲學(xué)光響應(yīng)仿生皮膚傳感器，并應(yīng)用于水下信息識別與傳輸，相關(guān)成果以“Bionic luminescent skin as ultrasensitive temperature-acoustic sensor for underwater information perception and transmission”為題發(fā)表于化學(xué)、材料國際頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials)上。

  閆冰教授團隊通過兩步封裝策略制備了一例Eu@HOF-TJ-1@TA L-skin (產(chǎn)品1)。產(chǎn)品1具有良好的柔性、溶液和結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性以及雙發(fā)射特性，可用作溫度聲學(xué)雙功能傳感器。研究人員詳細分析探討了產(chǎn)品1的溫度響應(yīng)機制，對于298.15?358.15 K的溫度傳感，該產(chǎn)品表現(xiàn)出超高的最大相對靈敏度(97.669% K ?1 )和超低的最低溫度不確定度0.000952 K。 課題組研究了產(chǎn)品1在空氣和水中的聲學(xué)傳感性能，結(jié)果顯示其在空氣和水中的最大響應(yīng)頻率分別為400和300 Hz，在空氣和水中的最大靈敏度分別為6593765.2和1346124.5 cps·Pa ?1 ，在空氣和水中的響應(yīng)時間低至20 ms和10 ms。 通過有限元模擬，研究人員模擬了產(chǎn)品1在空氣中和水中的聲音響應(yīng)過程。 為實現(xiàn)水下信息識別和傳輸應(yīng)用，研究人員借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 檢測，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品1可以傳感實際水溫，并識別一出系列水聲信息。

  閆冰教授為論文的獨立通訊作者，化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生徐鑫為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目的支持。