電子設備的輔助對于視力障礙人士和盲人而言具有補償功能的重要意義，可幫助其獲取信息、參與社會交流、提高生活質量。日前，深圳大學物理與光電工程學院黃龍彪副教授團隊和西北工業大學孔杰教授團隊、香港理工大學郝建華教授團隊合作，通過機械刺激-電信號-音頻信號的轉換，研制了“會發聲”的盲文識別傳感系統。相關結果發表于《Materials Horizons》。

據悉，聯合團隊采用自修復材料制備摩擦電式自供能傳感器，構建盲文識別傳感系統。將含亞胺鍵聚合物和含氫鍵有機凝膠分別作為摩擦層和電極層材料，構筑自修復、耐溫、可拉伸的自供能傳感器。然后將自供能傳感器陣列與音頻系統結合。即使傳感器遭受形變或機械損傷、經歷低溫或高溫環境后仍可保持良好的輸出性能。當觸摸盲文時，基于摩擦電的傳感器可以將機械刺激轉換為電信號，該電信號可以通過編程的微控制器（MCU）電路進一步轉換為音頻信號，實現盲文字符的實時播放，將有望幫助視障人士和盲人獲得更加便利的溝通和學習方式。

隨著柔性電子技術的快速發展，柔性傳感器在智能可穿戴設備中應用廣泛，它可以感知外界環境的作用并給出相應的反饋。根據其工作原理，傳感器主要可分為電容型、壓阻型、壓電型和摩擦電型。其中摩擦電型傳感器不依賴外部電源驅動，能夠將機械能轉化為電信號，同時具有材料選擇的多樣性，簡單的制造工藝，結構可設計性和低成本等突出的優勢，廣泛應用于健康監測、生物醫藥、人機交互界面、環境探測等領域。然而在使用自供能傳感器時，器件可能會受到機械力作用，惡劣環境或形變的影響。因此，傳感器的綜合性能如自修復功能，可拉伸性和耐溫性對于實際應用非常重要。機械沖擊可能導致器件性能降低，自修復材料可有效解決上述問題，將其應用于自供能傳感器的摩擦層和電極層的構筑中，可有效延長器件的使用壽命，提升安全性和可靠性。此外，在接觸和分離的工作過程中產生的機械力會引起自供能傳感器的形變，需要賦予器件可拉伸性以避免器件形變導致的性能下降。當傳感器受到高溫或低溫的影響時，器件的機械和電學性能可能會變差，賦予傳感器耐溫性也是至關重要的。

針對以上問題，黃龍彪副教授團隊、孔杰教授團隊、郝建華教授團隊合作設計制備了系列柔性自修復自供能傳感器，團隊成員戴杏怡博士做出了重要貢獻。2020年，團隊將可逆亞胺鍵（imine）與四重氫鍵（UPy）同時引入到聚合物網絡中，構建了具有良好力學性能的自修復彈性體。然后，將經UPy修飾的多壁碳納米管（MWCNTs-UPy）分散于聚合物基體中，得到MWCNTs-UPy/IU-PAM納米復合材料，實現了具有自修復、可裁剪的柔性摩擦納米發電高分子復合材料，可制備成能有效監測人體關節等運動的自供能傳感器，同時可有效利用人體皮膚的紅外熱效應實現對受損器件的及時自修復。

2021年，團隊報道了一種具有環境耐受性柔性摩擦納米發電機，具有快速修復、抗凍不干、抗冰等優異性能，可用于能量收集和自供能傳感，拓展了摩擦納米發電機在惡劣環境下應用可能性。將多重氫鍵引入凝膠體系中，采用溶劑置換法，制備了自修復、抗凍、抗干的有機凝膠以用于電極材料，能夠有效克服水凝膠電解質在低溫凍結、高溫失水的問題。與傳統水凝膠型摩擦納米發電機相比，該摩擦納米發電機在較寬的溫度范圍內具有電輸出穩定性。同時摩擦層的疏水性和抗冰性有助于提升器件環境耐受性。

審核編輯 ：李倩