由韩国高级科学技术研究所 去除环氧模板后在90、165、250和300 ℃沉积的三维氧化锌空心纳米结构的概念示意图和扫描电镜图像
信用:KAIST 由于COVID-19，非接触环境的重要性日益增加，使用触觉技术的触觉电子设备作为新的通信媒介正获得越来越多的关注
触觉技术被广泛应用于机器人或交互式显示等领域
触觉手套正被用于增强信息通信技术
高效的压电材料能够将各种机械刺激转换成电信号，反之亦然，这是推进高性能触觉技术的先决条件
由洪教授领导的一个研究小组通过开发可变形三倍的陶瓷压电材料，证实了触觉装置的潜力
为了制造高度可变形的纳米材料，研究小组使用近场纳米图案化和原子层沉积技术构建了氧化锌中空纳米结构
测得压电系数约为9
纳米柱压缩试验显示弹性应变极限约为10%，比块状氧化锌的弹性应变极限大三倍以上
压电陶瓷具有高压电系数和低弹性应变极限，而压电聚合物则相反
因此，在高压电系数和高弹性应变极限下获得良好的性能是非常具有挑战性的
为了突破压电陶瓷的弹性极限，研究小组引入了一种具有纳米尺度薄壁的三维桁架状中空纳米结构
根据格里菲斯准则，材料的断裂强度与预先存在的裂纹尺寸的平方根成反比
然而，在小结构中不太可能出现大的缺陷，这反过来提高了材料的强度
因此，实现具有纳米尺度薄壁的三维桁架状中空纳米结构的形式可以扩展材料的弹性极限
此外，单片三维结构可以承受所有方向的大应变，同时防止瓶颈造成的损失
以前，压电陶瓷材料的断裂特性很难控制，因为裂纹尺寸变化很大
然而，研究小组在结构上限制了裂纹尺寸，以控制断裂特性
洪教授的研究结果展示了通过使用三维中空纳米结构提高弹性极限来开发高度可变形陶瓷压电材料的潜力
由于氧化锌与其他压电陶瓷材料相比具有相对较低的压电系数，因此将所提出的结构应用于这种部件在压电活性方面保证了更好的结果
“随着非接触时代的到来，情感交流的重要性日益增加
除了目前的视觉和听觉交流之外，通过新的触觉交互技术的发展，人类将进入一个新的时代，在这个时代，他们可以使用所有的五种感官与任何人交流，而不管他们在哪里，就好像他们亲自与他们在一起一样，”洪教授说
“虽然必须进行额外的研究来实现触觉增强设备的建议设计的应用，但这项研究具有很高的价值，因为它解决了压电陶瓷使用中最具挑战性的问题之一，特别是通过克服它们的机械限制为它们的应用开辟了新的可能性
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