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  人機交互界面作為人機間相互施加影響的區域，可以使人類很好地控制與操作機器，并且得到其反饋的信息。近年來，人機交互界面在無線傳感器、便攜式可穿戴電子、安全與安防系統、工業自動化、以及物聯網等領域展現出了巨大的應用潛力，因此受到了越來越多的關注。而且，隨著各種發電技術的飛躍發展，比如：太陽能光伏、熱電、壓電技術等，自驅動的人機交互系統也成為了研究的焦點。

  其中，通過將摩擦納米發電機作為電源和激勵源，一系列自驅動的機電系統被相繼報道，涵蓋了各個應用領域，包括電化學、微流體控制、光學調節、靜電驅動等。這些研究進展都證實了摩擦納米發電機應用于人機交互系統的實際適用性。然而，上述提到的自驅動的光學系統研究較少，且其廣泛應用依然被自身的缺陷所限制。比如說，目前報道的基于彈性體的光學調制器，因其較高的驅動電壓、慢的響應速率、窄的調光范圍以及復雜的制備工藝，難以實現被廣泛的采用。因此，如何改善這類自驅動光學系統的缺陷與不足，使其能夠被廣泛和直接地應用也成為我們亟待解決的問題。

  近日，北京航空航天大學陳愛華研究團隊和中科院北京納米能源與系統研究所朱光研究團隊、王中林院士研究團隊通過采用單電極摩擦納米發電機和聚合物分散液晶薄膜制備了一種新型的自驅動光學開關（圖1），其工作原理為利用接觸摩擦起電產生的電壓驅動液晶分子的排列，從而使聚合物分散液晶薄膜能夠快速地在初始的半透明態和瞬時的透明態之間切換。為了實現兩種狀態下鮮明的對比度，液晶微滴的尺寸被調節至500 nm左右，此時光學開關的透過光相對光強的調節范圍為0.05至0.85，表現出非常好的光開關效果（圖2）�；谏鲜鲈�，一系列機械參數包括：接觸材料的種類、接觸面積、接觸速度和分離距離對光學開關的機械-電-光性能的影響被系統地研究。此外，將該光學開關與可見光控制電路進行集成，得到了具有完全無源化傳感節點的無線傳感系統（圖3），該系統在許多人機交互應用中展現出了巨大的應用潛力，比如：安全與安防系統、遠程操作、自動化控制等。

圖1 基于單電極摩擦納米發電機和PDLC光學器件的自驅動光學開關：(a) 結構示意圖；(b) 理論電學模型示意圖；(c) PTFE薄膜刻蝕前（左）、后（右）的表面掃描電鏡圖；(d) PDLC器件電光效應的原理示意圖。

圖2 PDLC器件的電光性能：(a) 施加在PDLC器件上的正弦電壓信號；(b) PDLC器件在不同電壓下的原位紫外可見透光率光譜；(c) PDLC器件在波長為560 nm處的透光率隨電壓的變化；(d) PDLC器件在不同電壓下的光學照片。

圖3 以自驅動光學開關為傳感節點的無線報警系統：(a) 系統工作的電路示意圖；(b) 手觸摸和腳踩踏時，光學開關的電光性能；(c)，(d) 手觸摸和(e)，(f) 腳踩踏觸發的無線報警展示。

  這一成果以題為“Self-Powered Optical Switch Based on Triboelectrification-Triggered Liquid Crystal Alignment for Wireless Sensing”發表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上，文章第一作者為北航材料學院博士研究生張臣。該研究為自驅動光學系統的設計提供了一種新的策略，并展示了其在人機交互領域應用的可能性。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201808633