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根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，全球約4.3億人因耳蝸受損而遭受聽力損失，改善聽力主要靠人工耳蝸。然而，傳統(tǒng)的人工耳蝸語音識別能力較低，而且剛性電極與軟組織間的不匹配可能導(dǎo)致神經(jīng)損傷和耳鳴等問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，柔性自供電人工耳蝸的研究引起了廣泛關(guān)注。
在國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和北京市的大力支持下，化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組近期在各向異性材料合成和圖案化器件制備方面取得了系列進(jìn)展，如二維MXene與納米晶復(fù)合材料研究（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 14674-14691; Nano Res. 2022, DOI:10.1007/s12274-022-4667-x），直寫高性能原子級厚二維半導(dǎo)體薄膜和器件（Adv. Mater. 2022, DOI:10.1002/adma.202207392），制備基于交替堆疊微電極的濕度傳感超級電容器（Energy Environ. Mater. 2022, DOI:10.1002/eem2.12546）等。
壓電材料可以作為未來人工耳蝸的有利候選材料，然而，主流含鉛壓電材料與生物不相容，對環(huán)境不友好，其他壓電材料的電輸出功率由于聲電轉(zhuǎn)換性能低，不足以直接刺激聽覺神經(jīng)。因此，制造高性能無鉛柔性壓電聲學(xué)傳感器意義重大。最近，他們受人類耳蝸外耳毛細(xì)胞的啟發(fā)，報(bào)道了一種基于準(zhǔn)同型相邊界的多組分無鉛鈣鈦礦棒的直寫微錐陣列策略，該策略一方面利用取向工程和在兩個不同正交相（Amm2和Pmmm）之間形成的準(zhǔn)同型相邊界，顯著提高應(yīng)力對壓電材料性能影響，實(shí)現(xiàn)壓電響應(yīng)增強(qiáng)；另一方面在壓電薄膜表面引入微錐陣列，增加與聲波的接觸面積，增強(qiáng)對聲波的吸收，從而制備高性能柔性壓電聲學(xué)傳感器（FPAS）。該傳感器顯示出高靈敏度、寬頻率響應(yīng)的特點(diǎn)，覆蓋常用的語音頻率，同時具有角度靈敏度，可用于記錄聲音信號，并實(shí)現(xiàn)語音識別和人機(jī)交互。FPAS還具備防水和耐酸堿等特點(diǎn)，滿足自然環(huán)境對可穿戴聲學(xué)傳感器的要求。研究成果近日發(fā)表于Matter期刊上（https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.023），論文第一作者是碩士生向鐘元，通訊作者是宋延林研究員和李立宏副研究員。
圖1. 微錐陣列柔性壓電聲敏器件應(yīng)用演示圖
圖2. 聲音數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互應(yīng)用和FPAS的防水性能
