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中科院纳米能源所 Adv. Sci.: 基于摩擦电的自驱动透明密码

2018-03-28 08:21
来源: 材料牛

引言

随着信息技术的发展,涌现出包括传感技术、人工智能、智能通讯和控制等新技术,以帮助人们管理和处理各种信息,因此人的信息功能得到极大的扩展。人们在日常出行、工作环境中得到了极大的便利。但是这种便利建立在越来越庞大的信息需求之上,一方面增加了通讯网络的负担,另一方面信息的多次交换也给个人信息的安全和隐私带来了相应的风险。

成果简介

近日,中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和李从举研究员的指导下,博士生袁祖庆和助理研究员杜新宇等研究人员设计了一种柔性透明的摩擦电自驱动密码(TSC),它能在储藏特定的信息后,长时间为识别装置提供特殊规律的识别信号,识别过程仅需表面接触。TSC基于图形化透明电极(ITO)和氟化乙烯丙烯共聚物(FEP),总共只有三层结构,其利用了摩擦纳米发电机的原理和注入电荷,在TSC局部保持电场,并依据ITO电极长短宽度实现可调节的感应信号。通过简单的将金属轴在TSC表面滑动,TSC能够提供出基于图形化透明电极的规律信号,进而快速简单的识别出对应的二进制和十进制信息。这种实体密码结构简明,携带方便,能隐秘保存,在人机交互、个人识别、商品流通和安全防护等有广泛的应用前景。该研究成果以题为Triboelectric-Based Transparent Secret Code在Advanced Science进行发表(DOI: 10.1002/advs.201700881)。

图文导读

图1 摩擦电透明密码(TSC)的概念图

image.png

(a)TSC的结构展示

(b)TSC实物展示

(c)TSC透明性表征

(d, e)TSC耐弯曲、耐卷曲展示

图2 TSC工作原理解释

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(a)TSC的一种工作机制原理

(b)TSC在金属滚轴滑过时,电荷转移受局部电场的影响

(c)实验中电荷注入的一种情况展示

(d)局部电场影响模拟结果

图3 TSC中ITO电极对器件性能的影响

image.png

(a)ITO电极长度对TSC输出信号大小的影响

(b)ITO电极间距对TSC信号识别率的影响

(c)不同阻抗下随滑动速度信号变化关系,展示TSC的自驱动性能

(d)对应的功率曲线

图4 TSC用于智能识别及简单的二进制信息分析

image.png

(a)一种基于TSC的智能识别系统

(b)可使用的实际场景展示

(c)TSC适用于弯曲和卷曲的场景

(d)简单的二进制信息识别

图5 TSC的表面疏水改性及十进制信号编译

image.png

(a, b)刻蚀前后FEP表面形貌对比,标尺为5微米

(c)刻蚀前后表面疏水性能对比

(d)TSC基于信号强度以识别不同数字

(e)ITO电极长度对应信号大小的统计结果

小结

本文提出了一种柔性透明的摩擦电密码。该透明密码基于摩擦纳米发电机的原理,利用电荷注入后的局部电场差别在采集装置中产生可识别的转移电流信号,仅靠表面接触就完成了信息转移。该透明密码结构简单,便于携带,对识别环境要求低。在人机交互、个人识别、商品流通和安全防护等有广泛的应用前景。

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