【仪表网 研发快讯】近日，山东大学集成电路学院/未来技术学院钱凯教授团队在柔性传感器领域取得新突破，成功开发出一种能有效解决液体干扰问题的超疏水电容传感器。相关研究成果以“Liquid Interference Mitigation in Capacitive Sensors Using Cassie-Baxter State based on Superhydrophobic Surfaces”为题，发表在国际期刊ACS Applied Electronic Materials(影响因子4.3)上。该论文第一作者为集成电路学院本科生肖易霏，共同通讯作者为集成电路学院卓优博士后戴子忆，山东大学集成电路学院为第一完成单位。
随着人机交互和工业4.0技术的快速发展，柔性电容传感器已成为智能穿戴设备、人形机器人皮肤和工业自动化系统等领域的关键技术。然而，这些传感器面临一个根本性挑战：液体干扰。传统电容式传感器极易受外部液体干扰，水与传感器介电材料之间的巨大介电对比度(水约为80.4，常规介电材料接近1.0)导致信号严重失真。此外，在高湿度、有液体飞溅或腐蚀性环境等复杂现实场景中，传感器的可靠性大幅下降，限制了其在安全关键领域的应用。传统解决方案主要依赖封装技术，从物理层面隔离传感元件与环境。然而，这种方法不仅会牺牲传感器的柔性和灵敏度，增加生产成本和工艺复杂度，还难以解决长期使用中的液体渗透问题。一旦湿气通过表面微小缺陷渗入密封环境，临时干扰就会转变为持续的信号失真。本研究通过一种简便的喷涂策略，在电容传感器介电层表面涂覆改性二氧化硅纳米颗粒，成功实现了超疏水表面，使其接触角超过150°，滚动角低于10°。这种表面处理在传感器与液体之间形成了稳定的Cassie-Baxter状态，显著减少了液体与传感器的接触面积。该设计实现了两种高效的液体去除机制：主动去除机制(通过倾斜实现液滴快速脱离)和被动去除机制(通过传感器正常工作时的压缩-释放过程排出液体)。更重要的是，这种表面处理技术展现出了广谱的液体抵抗能力，能够有效应对从纯水到酸碱溶液、盐水，甚至各种日常饮料等不同液体。以圆顶阵列结构为例，该传感器具有可靠的压力传感性能，检测范围为0-3 MPa，在低压区(3.601×10-2kPa-1)具有较高的灵敏度。这种方法通过可穿戴运动检测，在潮湿环境、工业环境(包括包括酸，碱，盐雾暴露)条件下可以实现电容应变传感保持稳定，以及通过可靠的摩斯电码识别实现人机界面，已成功展示了实际应用。
钱凯教授团队长期致力于智能柔性“感-存-算一体化”电子器件研究，涵盖忆阻器存储/类脑神经芯片、集成电路封装、透明可穿戴电极以及医疗健康监测等研究领域，此次突破为柔性电子器件在复杂环境中的应用开辟了新途径。
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