據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,，紙張作為一種易獲取、成本低,、絕緣,、柔軟以及便攜的材料,，長(zhǎng)期以來(lái)作為化學(xué)和生物傳感的靈活平臺(tái)。例如pH試紙,、血糖試紙,、早孕檢測(cè)試紙等都是應(yīng)用十分廣泛的生物化學(xué)傳感器。
隨著這一領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展,，基于納米技術(shù)的紙基傳感器有望成為簡(jiǎn)易,、便攜、一次性、低功耗且低成本的傳感器件,，可在醫(yī)學(xué),、爆炸物和有毒物質(zhì)檢測(cè)和環(huán)境研究等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。由于紙質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu),，可以用功能添加劑對(duì)它們進(jìn)行改性,，如碳衍生材料（如碳納米管和石墨烯）、導(dǎo)電聚合物和金屬納米復(fù)合材料等,，從而產(chǎn)生新的功能和傳感模式,。
以往報(bào)道的壓敏紙以及由它們制成的壓力傳感器主要基于三種現(xiàn)有的傳感機(jī)制，即電阻式,、電容式和摩擦電式,。
“最近，我們引入了一種全新的壓力傳感機(jī)制,，稱為柔性離電子傳感（flexible iontronic sensing,，F(xiàn)ITS）機(jī)制，它通過(guò)利用電極和離子表面之間的壓力來(lái)感應(yīng)電容變化,?！奔又荽髮W(xué)戴維斯分校教授潘挺睿說(shuō)道，“值得注意的是,，與傳統(tǒng)的電阻式和電容式傳感方式不同,，基于獨(dú)特FITS機(jī)制的離電子壓力傳感器具有極高的靈敏度和分辨率，而寄生噪聲在很大程度上可以忽略不計(jì),，因?yàn)樗男旁氡葮O高,。”
a）離電子壓力傳感紙（ISP）器件的壓力響應(yīng)機(jī)制,，其中纖維狀離子作為離子區(qū)域,，導(dǎo)電纖維作為導(dǎo)電區(qū)域；b）ISP離子區(qū)的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像,；c）離子液體和聚合物基的分子結(jié)構(gòu)說(shuō)明,；d）制備具有“三明治”結(jié)構(gòu)的ISP器件：i）在離子紙上面打印頂部電極；ii）在離子紙的背面打印底部電極,；iii）打印粘合圖案以整合,；iv）折疊以形成“三明治”結(jié)構(gòu)；v）最后進(jìn)行封裝和集成,；e）制備具有雙層結(jié)構(gòu)的ISP器件：i）在普通紙上打印叉指電極,；ii）在設(shè)計(jì)的區(qū)域上打印離子墨水；iii）打印粘合圖案以整集成,；iv）折疊以形成雙層結(jié)構(gòu),；v）最后進(jìn)行封裝和集成,。
潘教授和他的合作者在他們的最新論文《一體式離電子傳感紙》（發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》期刊上）中介紹了一種同時(shí)包含離子區(qū)域與電極區(qū)域的單片離電子紙襯底，可作為一體化柔性傳感平臺(tái),。
潘教授指出：“我們的新型傳感紙將離電子感應(yīng)原理擴(kuò)展到更具適應(yīng)性的材料系統(tǒng),，具有直接印刷性、定制可切割性和三維可折疊性,，成本低廉,，就像普通紙一樣?！?/p>
現(xiàn)在我們已經(jīng)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的打印、切割,、膠合和折疊等紙張?zhí)囟ǖ牟僮鱽?lái)構(gòu)建壓力傳感平臺(tái),。由于壓力傳感器件不再局限于以平面形式構(gòu)造，所以現(xiàn)在同時(shí)也可以用3D壓力傳感折紙來(lái)檢測(cè)空間壓力,。
基本上,，我們周?chē)囊磺泻兔恳粋€(gè)表面都可以用作傳感結(jié)構(gòu)，比如在智能玩具,、智能包裝,、健康可穿戴設(shè)備、一次性電子產(chǎn)品,、壁紙,、家具等上，甚至可作為靈活的人機(jī)界面,。
潘教授說(shuō)到：“這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了新的時(shí)代,，我們所接觸到的每樣?xùn)|西都有觸覺(jué)能力，人們可以通過(guò)觸摸,、按壓和拍打與任何物體進(jìn)行交流,，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)輸入提供全面的人機(jī)界面,?！?/p>
a）通過(guò)印刷和折疊來(lái)制備ISP折紙手環(huán)；b）ISP折紙手環(huán)可用于脈搏監(jiān)測(cè),；c）由ISP折紙手環(huán)收集的脈搏波信號(hào),；d）用壓敏鍵盤(pán)制備ISP折紙鋼琴；e,、f）具有力傳感功能的ISP折紙鋼琴可以檢測(cè)壓力并控制音量,。
不過(guò)，目前仍存在一些問(wèn)題需要解決,。例如,，互連問(wèn)題：即紙電子器件和信號(hào)處理系統(tǒng)之間通過(guò)導(dǎo)電膠粘合的電流信號(hào)互連仍然不穩(wěn)定,。但是，潘教授團(tuán)隊(duì)相信可通過(guò)低溫焊接和特定的紙質(zhì)FPC（flexible printed circuit,，柔性印刷電路）互連槽解決這個(gè)問(wèn)題,。
“對(duì)于傳感器器件的研究不再僅僅是關(guān)于傳感元件。電源,、信號(hào)處理和電子電路等都應(yīng)該考慮在內(nèi),，這樣的集成裝置還應(yīng)當(dāng)與皮膚、布料等兼容,，無(wú)論是在形狀,、模量還是在功能上?！迸私淌诳偨Y(jié)說(shuō)道