【摘 要】
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带电身体（将传感器与人体联接并整合来探测人体健康信息）由于其在未来健康监测的巨大应用潜力已经吸引了世界范围的研究关注,随着生物科学和材料科学发展成果的推动,将生物/化学传感器与人体的结合也渐渐变得可能,这些与人体结合的、体积小、稳定性强、寿命长等特点的生物/化学传感器被科学家称为电子皮肤（E-skin）。这些年电子皮肤引起了广泛的研究,但是在电子皮肤的供能问题上还没有出现令人满意的解决方案。传统的
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带电身体（将传感器与人体联接并整合来探测人体健康信息）由于其在未来健康监测的巨大应用潜力已经吸引了世界范围的研究关注,随着生物科学和材料科学发展成果的推动,将生物/化学传感器与人体的结合也渐渐变得可能,这些与人体结合的、体积小、稳定性强、寿命长等特点的生物/化学传感器被科学家称为电子皮肤（E-skin）。这些年电子皮肤引起了广泛的研究,但是在电子皮肤的供能问题上还没有出现令人满意的解决方案。传统的电子皮肤需要外接电源来提供其正常工作时所需的能源,但是随着电子皮肤体积的微型化以及对柔软性、便携性和安全性的高要求,携带电池的电子皮肤已不能满足其在实际使用当中的需求。为了解决电子皮肤的供能问题,本文工作将纳米发电机和生物/化学传感功能器件集成为单一电子皮肤,实现自供电的电子皮肤。具体研究内容如下:（1）通过湿化学法制备自充电电子皮肤传感材料ZnO纳米线阵列,并利用GOx@ZnO（GOx:葡萄糖氧化酶）纳米线阵列的压电—酶促耦合反应,来探测体液中葡萄糖的浓度。当电子皮肤在溶液中受到一个形变压力时,由于ZnO的压电效应,能够积极输出一个压电脉冲信号,该压电脉冲信号的大小受到葡萄糖浓度的影响。这个压电输出既是葡萄糖浓度的传感信号,也是驱动电子皮肤的电能。在这个整个传感过程中,电子皮肤不需要额外的电源,而是能够通过收集人的肢体运动产生的机械能对其供能,实现长时间的在人体工作。一个新的压电—酶促反应的耦合效应的工作机制被提出,利用ZnO的压电特性和表面酶促反应来调节载流子浓度,进而调节压电屏蔽效应,达到检测目的。使用电子皮肤来探测兔子的血糖含量简单的证实了器件的实际应用能力。该工作能够推动带电身体的研究发展,扩宽自充电纳米器件和纳米系统的研究领域。（2）室温下快速、高响应的能够探测H2S自充电电子皮肤由NiO/ZnO异质结构的纳米线阵列制备成功。NiO/ZnO纳米线阵列产生的压电信号既是器件的能源来源,也是H2S的传感信号。室温下,器件在空气中产生的压电电压为0.388 V,气氛变为1000ppm的H2S时,器件的压电电压减小到0.061 V,其响应约为纯ZnO阵列的10倍。如此优良的性能是由于ZnO的压电效应耦合了 NiO/ZnO界面的PN异质结转化的效应。此工作证明了引入异质结构是制备室温下的气体传感的电子皮肤发展的正确方向。
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