近日，重庆大学光电工程学院陈显平教授团队在《Nature Communications》（IF=12.121，《自然》子刊）上发表了题为《Sea urchin-like microstructure pressure sensors with an ultra-broad range and high sensitivity》的研究论文。本文通过水热的方法合成了Fe₂O₃/C@SnO₂纳米复合材料。该三元纳米复合材料解决了由于单一结构的有限压力响应范围和单一金属氧化物的导电性差而导致的压力传感器的低灵敏度和小的压力工作范围的问题。该研究为改善传感器性能提供了一种新的方法。

传感器性能测试图

高压下传感器性能测试图

压阻式压力传感器因低能耗，信号易收集，制备过程简单而备受关注。其中灵敏度和压力范围是传感器的两个重要参数。传统的压力传感器很难同时实现高灵敏度和宽压力工作范围。迫切需要开发一种压力传感器，以在灵敏度和工作范围上取得突破。在这项工作中，我们基于Fe2O3/C@SnO2三元纳米复合材料提出了一种新颖的传感器。海胆状的Fe2O3结构促进了信号转导并保护了Fe2O3针状结构免于机械断裂。乙炔炭黑提高了金属氧化物的导电性。此外，SnO2纳米颗粒一部分生长在Fe2O3的表面，形成了Fe2O3/SnO2异质结构。而另一部分SnO2纳米颗粒则分散在碳层中并形成SnO2 @ C结构。总的来说，三种结构（Fe2O3 / C，Fe2O3/SnO2和SnO2@C）的协同作用改善了传感器的性能。该传感器具有高灵敏度（680 kPa-1），宽压力工作范围（150 KPa），超低检测限（0.52 Pa），即使在高压下仍能检测到微小的压力变化。除此之外，本文还将其他金属氧化物与Fe2O3/C复合物复合，制备的传感器仍具有良好的传感性能，表明了在改善传感器传感性能方面该方法具有一定的普适性。基于传感器优秀的传感性能，该传感器在医疗监测，电子皮肤等领域具有潜在的应用价值。

陈显平教授主要致力于：1）先进传感器与智能感知技术；2）功率半导体芯片与器件研究。近年来，先后主持国家自然科学基金、JKW快响、装发预研、陆装“十三五”预研、重庆市技术创新与应用示范（产业类重大）项目、重庆市民生保障科技创新专项重点项目、省自然科学基金重点等各级科研项目20余项，已获得了多项创新成果。截至目前，已公开发表SCI论文110余篇，作为一作/通讯作者已有多篇论文发表在Nature Communications（《自然》子刊）、Science Advances（《科学》子刊）、Advanced Functional Materials、Angewandte Chemie International Edition、ACS Applied Materials & Interfaces和Biosensors and Bioelectronics等国际著名学术期刊。

光电工程学院2019级博士研究生王秀满为该论文的第一作者，陈显平教授为该论文的通讯作者，重庆大学光电工程学院为该论文第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、重庆市科技创新重点研发计划等项目资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21958-y#Sec15