基于摩擦電的自驅動透明密碼

引言

隨著信息技術的發展，涌現出包括傳感技術、人工智能、智能通訊和控制等新技術，以幫助人們管理和處理各種信息，因此人的信息功能得到極大的擴展。人們在日常出行、工作環境中得到了極大的便利。但是這種便利建立在越來越龐大的信息需求之上，一方面增加了通訊網絡的負擔，另一方面信息的多次交換也給個人信息的安全和隱私帶來了相應的風險。

成果簡介

近日，中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士和李從舉研究員的指導下，博士生袁祖慶和助理研究員杜新宇等研究人員設計了一種柔性透明的摩擦電自驅動密碼（TSC），它能在儲藏特定的信息后，長時間為識別裝置提供特殊規律的識別信號，識別過程僅需表面接觸。TSC基于圖形化透明電極（ITO）和氟化乙烯丙烯共聚物（FEP），總共只有三層結構，其利用了摩擦納米發電機的原理和注入電荷，在TSC局部保持電場，并依據ITO電極長短寬度實現可調節的感應信號。通過簡單的將金屬軸在TSC表面滑動，TSC能夠提供出基于圖形化透明電極的規律信號，進而快速簡單的識別出對應的二進制和十進制信息。這種實體密碼結構簡明，攜帶方便，能隱秘保存，在人機交互、個人識別、商品流通和安全防護等有廣泛的應用前景。該研究成果以題為Triboelectric-Based Transparent Secret Code在Advanced Science進行發表（DOI: 10.1002/advs.201700881）。

圖文導讀

圖1 摩擦電透明密碼（TSC）的概念圖

（a）TSC的結構展示

（b）TSC實物展示

（c）TSC透明性表征

（d, e）TSC耐彎曲、耐卷曲展示

圖2 TSC工作原理解釋

（a）TSC的一種工作機制原理

（b）TSC在金屬滾軸滑過時，電荷轉移受局部電場的影響

（c）實驗中電荷注入的一種情況展示

（d）局部電場影響模擬結果

圖3 TSC中ITO電極對器件性能的影響

（a）ITO電極長度對TSC輸出信號大小的影響

（b）ITO電極間距對TSC信號識別率的影響

（c）不同阻抗下隨滑動速度信號變化關系，展示TSC的自驅動性能

（d）對應的功率曲線

圖4 TSC用于智能識別及簡單的二進制信息分析

（a）一種基于TSC的智能識別系統

（b）可使用的實際場景展示

（c）TSC適用于彎曲和卷曲的場景

（d）簡單的二進制信息識別

圖5 TSC的表面疏水改性及十進制信號編譯

（a, b）刻蝕前后FEP表面形貌對比，標尺為5微米

（c）刻蝕前后表面疏水性能對比

（d）TSC基于信號強度以識別不同數字

（e）ITO電極長度對應信號大小的統計結果

小結

本文提出了一種柔性透明的摩擦電密碼。該透明密碼基于摩擦納米發電機的原理，利用電荷注入后的局部電場差別在采集裝置中產生可識別的轉移電流信號，僅靠表面接觸就完成了信息轉移。該透明密碼結構簡單，便于攜帶，對識別環境要求低。在人機交互、個人識別、商品流通和安全防護等有廣泛的應用前景。