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美國科學家研發出第一個採用奈米線發光二極體(light-emitting diode, LED)的類皮膚感應器陣列，能將觸壓直接轉換成光訊號。此裝置利用了壓電光電效應(piezophototronic effect)，靈敏度甚至超越人類皮膚，可能的應用範圍諸如機器人學、觸控平板、人機介面、生物造影及光學微機電系統(MEMS)等。
相較於人類的視、聽、嗅、味等感官作用，實驗室最難模仿的是觸覺。好的人造皮膚必須具備小至50 μm的空間解析度，還要能快速反應。研究人員已經成功以奈米線或具微結構的橡膠層製作出這類「電子皮膚」(e-skin)，透過電容或電阻的改變來偵測外加壓力，可惜解析度僅及毫米。
最近，喬治亞理工學院(GIT)的Zhong Lin Wang團隊研發出一種LED壓力感測陣列，不僅能快速描繪出壓力分佈，解析能力更達到3 μm，其破紀錄的6350 dpi像素密度為先前同類裝置的1000倍。該元件的每個像素皆由一個成長於p型氮化鎵(GaN)之上的氧化鋅(ZnO)奈米線LED所構成，並且因壓電光電效應而對局部外加壓力高度敏感。
壓電材料受力時，會因晶格扭曲而沿極性方向產生極化電荷，壓電光電材料便是利用此原理來控制電子的傳輸及復合。在此研究中，產生應變的ZnO奈米線會在兩端產生壓電電荷，衍生的電位差會扭曲奈米線的能帶結構，使電子能在pn接面停留更久，因而提高了LED的發光效率。
此喬治亞理工團隊使用低溫化學成長技術在GaN薄膜上製作圖案化的ZnO奈米線陣列，接著在奈米線間塗上熱塑性的PMMA，並以電漿蝕刻使奈米線上緣曝露出來，最後製作鎳金電極連接GaN薄膜，並在陣列上方沉積銦錫氧化物(ITO)電極。此元件的電致發光(electroluminescence)強度隨外加壓力而改變，並能輕易整合至光電晶片上以提升資料傳輸、處理及紀錄的速度。
此研究是以光學方法將力學訊號轉成數位影像的一大進展，由於具備可偵測大小僅10 KPa壓力(約等同手指輕按)的靈敏度，可望用來調整機器人的取物力道或改善人工義肢，也有助於提升電子簽名的安全性，或應用在觸控面板及光學微機電系統上。由於低溫溶液成長法可將圖案化ZnO奈米線成長於任何表面，因此該感測器陣列亦可製作在可撓基板上。目前該團隊正探討如何提升元件的空間解析度，可能的方式包含縮小奈米線直徑及提高製程溫度等。詳見Nature Photonics｜doi:10.1038/nphoton.2013.191。 |