物聯網（IoT）新時代的推進離不開各種新型柔性傳感器和執行器的發明和制造。具有自供電、可識別壓力方向、低成本、響應速度高等諸多優勢的壓電傳感器將非常適用于低功率電子設備。然而，常見的壓電陶瓷或厚膜如鈦酸鋇（BaTiO3）、鋯鈦酸鉛（Pb(Zr, Ti)O3）等需要復雜的高溫燒結工藝，且較大的剛度限制了其在柔性可穿戴電子器件領域的應用。現有的柔性電子器件制造工藝，如激光輔助剝離法、標準微機械加工和軟光刻技術等，需要高成本、復雜工藝以及高能耗。盡管已經有學者提出采用靜電紡絲或者3D互連壓電陶瓷泡沫的方法可以制備出具有一定柔性的鈦酸鋇陶瓷，但是鈦酸鋇陶瓷纖維本身的脆性仍然無法避免。納米材料自發組織成高度有序結構的過程決定了自組裝過程不需要高能耗和耗時的高溫燒結階段。因此，通過自組裝工藝制備兼具高壓電性和柔性的壓力傳感器將是非常有意義的。
本研究提出一種通過自組裝方法制備柔性器件的策略。首先通過低溫水熱法得到了單分散的10 nm單晶鈦酸鋇納米立方體，利用蒸發誘導自組裝工藝將其生長到電子級玻纖布上制備了一種超柔性和連續的壓電材料系統，成功克服了具有高壓電性能的壓電傳感器通常較硬或較脆的局限性。由于避免了高溫燒結，具有分層結構的玻璃纖維織物（Glass Fiber Fabric，GFF）基底仍保留自身優越的柔韌性和魯棒性。基于10 nm BaTiO3納米立方體/GFF 薄膜制造的壓電傳感器具有超高靈敏度（在 0-10 N 的低力范圍內為 101.09 nA/kPa和 3.31 V/kPa）和快速的響應時間特性（19 ms）。基于其優異的自供電傳感性能，傳感器可以智能識別筆跡或識別鍵盤用戶，且最初采集的電信號與3000次彎曲循環后的電信號基本相同，證明了所制備的傳感器應用于人機交互領域的潛力。同時，這項工作為制造高性能、超柔性、低成本的壓電傳感器提供了新的視角，可望在柔性可穿戴設備領域獲得應用。
論文第一作者為上海交通大學2020級碩士研究生周佩汝，郭益平教授為論文的通訊作者。郭益平教授所帶領的智能與能源復合材料研究小組長期致力于鐵電/壓電功能復合材料，能源及催化材料的基礎和應用研究，研究工作得到了上海市科委重點基礎研究項目（No.20JC1415000），國家自然科學基金項目（11874257和 52032012）和上海交通大學科技創新基金的資助。
