柔性可穿戴傳感器
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-30
柔性可穿戴傳感器的實例教程
雖然基于碳材料的溫度傳感器已經被報道，但是它們的靈敏度仍然太低，不能監測體溫。為實現體溫的準確測量，需要進一步探索新的傳感機理和傳感器的合理設計。高度集成多個柔性傳感器以同時監測多個信息是非常需要的。為了精確地獲得相應的刺激，分離不同的信號是至關重要的。通過將不同傳感器的柔性傳感器集成在不同的信號中去耦合可能是一種可行的策略。
此外，柔性傳感器與能量轉換和存儲裝置的集成對于可穿戴電子設備的實際應用是必需的。基于壓電或摩擦電效應的自供電柔性傳感器已被報道為一種十分可行的方法。
展開 基于碳材料的柔性可穿戴應變傳感器的制備、原理與性能
碳納米管和石墨烯在可穿戴應變傳感器中的應用（左），其他碳材料在可穿戴式應變傳感器中的應用（右）。
圖2. 基于碳材料的可穿戴壓力傳感器的設計、制備及性能
碳材料在柔性壓力傳感器中的應用。
圖3. 柔性可穿戴應變/壓力傳感器的應用展示
基于碳材料的柔性可穿戴應變/壓力傳感器在人類活動監測、電子皮膚和人機交互中的應用。
（二）碳材料在柔性可穿戴溫/濕度傳感器的應用
圖4. 基于碳材料的柔性溫度傳感器的設計、制備及性能
圖5. 基于碳材料的柔性濕度傳感器的設計、制備及性能
碳材料在柔性濕度傳感器中的應用。
（三）碳材料在柔性可穿戴電化學傳感器的應用
圖6. 基于碳材料的柔性電化學傳感器的設計及性能
基于碳材料的柔性可穿戴電化學傳感器，用于健康相關的化學組分的無創監測。
圖7. 基于碳材料的可拉伸/自愈合柔性電化學傳感器的設計
碳材料在可拉伸/自愈合電化學傳感器中的應用。
（四）基于碳材料的柔性導電電極/導線，用于可穿戴醫療系統
圖8.碳納米管基柔性導電電極用于電生理信號檢測
圖9. 石墨烯基柔性導電電極用于電生理信號檢測
圖10.
展開 近年來，柔性可穿戴功能傳感器的迅速發展改變了傳統的醫療診斷模式，賦予其可穿戴、舒適、遠程操作、及時反饋等綜合特性，推動了可穿戴人體活動監測和個人健康管理的出現。在眾多可穿戴傳感器的應用中，應變傳感和溫度傳感是重要的研究方向。應變響應的高靈敏度是準確檢測人體引起的細微運動（例如脈搏和心跳）到關節、肌肉大尺度動作的關鍵。同時，實時且連續的皮膚溫度監測對于預測人體和熱環境的認知狀態以及疾病的早期診斷至關重要。一般來說，為了滿足全人體運動檢測和實時溫度變化監測的基本要求，傳感器不僅要具備寬廣的響應范圍和全工作范圍內的高靈敏度，還必須具備較高的電阻溫度系數和溫度分辨力。然而，目前大多數可穿戴傳感材料的實際應用普遍受限于柔性拉伸、靈敏度與力學強度不理想，導電率較低、熱敏性差以及感官功能單一等問題。
近期，廣西大學徐傳輝教授課題組設計了一種以橡膠為基材，具有高靈敏度、低檢測限、高溫度系數和高力學強度的多功能柔性傳感器材料。該橡膠復合材料由羧基丁苯橡膠（XSBR）與天然高分子絲膠（SS）非共價鍵修飾的碳納米管（CNTs）通過加工手段調控膠乳復合成膜制備（如圖1）。
圖1 XSBR/SSCNT傳感器的制備與形貌表征
其中SS來源蠶絲屬可再生資源，能夠提高碳納米管在橡膠基體中的分散性，而不會對CNTs造成任何化學破壞。由此制備的XSBR/SSCNT傳感器能夠檢測細微和大的變形，具有217%伸長率、12.58 MPa拉伸強度、25.98 高靈敏度（即應變系數）、1% 應變低檢測限，0.071 S/m高電導率和 0.504 wt%滲透閾值（如圖2）。
展開 導讀
近日，中國山東大學與英國曼徹斯特大學的研究人員在柔性電子領域取得一項重要進展，他們開發出超高速的新型柔性納米晶體管。它由氧化物半導體制成，能以1GHz 的基準速度運行。
背景
傳統電子產品，往往會給我們一種“僵硬”的印象，它們無法經受彎曲、扭曲和拉伸。然而，新興的柔性電子產品卻彌補了傳統電子產品的這些不足。特別是對于可穿戴設備來說，柔性電子技術的發展大大改善了用戶的佩戴體驗，更加適應人體的自由運動。
之前，筆者曾介紹過許多柔性電子產品，例如：柔性電池、柔性液晶屏、柔性可穿戴傳感器、柔性的有機閃存、柔性超級電容、柔性微處理器、柔性觸控傳感器、柔性天線、柔性電子紙張等等。為了讓大家有一個更直觀的認識，下面通過圖片進行展示：
（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）
（圖片來源：日本東北大學）
（圖片來源：佛羅里達州立大學）
（圖片來源：KAIST）
（圖片來源：曼徹斯特大學）
（圖片來源：英屬哥倫比亞大學）
（圖片來源：Graphene Flagship）
（圖片來源： Mats Tiborn）
創新
近日，在柔性電子領域又出現一項重要研究進展。中國山東大學（ Shandong University）與英國曼徹斯特大學（University of Manchester ）的研究人員合作開發出一種新型超高速的柔性納米晶體管，也稱為“薄膜晶體管”（TFT）。它由氧化物半導體制成，能以1GHz 的基準速度運行。
技術
TFT 是一種通常應用于液晶顯示屏（LCD）中的晶體管。具有LCD顯示屏的大多數現代電子設備，例如智能手機、平板電腦和高清電視，都具有TFT。
TFT是如何工作的呢？
展開 隨著人們日益重視生理健康，越來越多的業界人士致力研發可貼附在人體各個部位的柔性可穿戴式傳感器，用于監測溫度、心率、肌電、血壓等多種生理特征。然而，對于起伏很大、拉伸形變明顯的身體部位，尚需構建一個更加立體的可變形結構，實現與皮膚在任何狀態下的共形接觸，提高信號質量，減少監測時的噪聲。
近日，北京大學信息科學技術學院、納米器件物理與化學教育部重點實驗室胡又凡研究員課題組在相關研究中取得重要進展。他們首先采用銀納米線（具有良好的透光性、導電性和機械柔韌性）作為導電材料、聚對二甲苯作為襯底材料，構建3μm厚的超薄AgNWs/parylene復合薄膜，在導電性、透明度、穩定性等方面均具有優勢。
隨后，課題組將其應用于心電監測和高頻天線，所獲取的心電信號電壓幅值和信號特征與商用電極類似，可清晰記錄各波形的特征性心電圖峰；與此同時，制備的天線工作頻段在4.3 GHz以上，可覆蓋無線局域網（WLAN，5GHz）和射頻識別（RFID，4.3～5.8 GHz）的工作范圍，且具有良好的高頻特性和全向性。更重要的是，課題組基于“剪紙”工藝原理，提出一種構建三維可變形電子系統的通用方案，包括合理的激光圖案切割設計和獨特的圖形化流程。理論分析的結果證明通過切割圖形的設計，可有效增強薄膜與人體皮膚之間的黏附性。他們利用此三維可調結構，構建可變形的透明濕度傳感器，以手肘和手指關節為例，成功實現了這些部位的汗液監測。
被選為《先進科學》封面的可變形透明濕度傳感器研究
這一研究由此給出一種構建三維可變形傳感系統的通用策略，證明了在各類皮膚曲面上實現高性能傳感器系統的可行性，以及可應用于未來復雜皮膚表面的各類生理健康監測。
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一、高頻壓力傳感器的頻響特性
1、定義
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來源 | Advanced Functional Material
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背景介紹
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來源 | Energy Conversion and Management
原文 | https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117017
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背景介紹
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此外，為了展示該柔性溫度傳感器在可穿戴設備、軟體機器人等領域的應用前景，他們將該傳感器安裝于自制軟體機器手，在抓取物體的過程中實現了不規則表面溫度的精準測量 （圖4）。
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