可穿戴電子
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
可穿戴電子的實例教程
（五）多功能可穿戴系統的集成
圖13. 不同功能的柔性可穿戴生理信號傳感器的集成
多功能集成式生理傳感器。
圖14. 柔性可穿戴生理信號傳感器和電化學傳感器的集成
圖15. 自供電可穿戴系統：柔性可穿戴傳感器件與柔性能源器件的集成
【小結】
該綜述總結了應用于高性能柔性可穿戴電子器件的各種碳材料的結構設計和可控制備方面的最新進展。由于碳材料獨特的優勢（例如良好的導電性、高化學和熱穩定性、可設計成各種柔性宏觀形態、以及易于化學功能化），碳納米管、石墨烯和其他碳材料已被廣泛研究應用于柔性電子器件。除了貼于人體皮膚或集成到衣物的柔性可穿戴電子器件外，將功能性碳材料與生物相容性材料的結合，以探索其在可植入式柔性電子器件中的應用，或將成為碳材料在柔性電子領域另一重要的應用研究方向。作者相信，應用于構筑柔性電子器件的先進碳材料的設計、制備和相應加工技術的開發將會極大地促進下一代智能醫療系統的發展。
【團隊介紹】
張瑩瑩課題組隸屬于清華大學化學系，兼屬清華大學微納米力學與多學科交叉創新研究中心。主要圍繞納米碳材料和絲蛋白材料的制備科學、物理與化學性能開展研究，重點發展面向柔性可穿戴系統的新型電子材料與器件。
展開 可穿戴電子是未來電子元器件研究發展的重要方向，其中電源是核心的組成部分。電源的獲取方式和效率影響著未來可穿戴電子的設計與功能。目前，可穿戴電子設備的電源主要為鋰離子電池，其固有特性一定程度上限制了可穿戴電子的戶外使用性、安全性和人體皮膚貼合性。
近年來，金屬有機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其優越的光電轉換性能受到廣泛關注，為其作為電源應用于可穿戴電子設備提供了可能。然而到目前為止，柔性鈣鈦礦太陽能電池尚未能實際應用于可穿戴電子設備中。其重要原因之一是鈣鈦礦材料本身的易脆性，導致大面積電池效率重現性差和無法適合復雜的人體動作。
在科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所綠色印刷重點實驗室研究員宋延林課題組科研人員近年來在印刷制備鈣鈦礦晶體及電池器件方面開展了研究。他們在印刷制備鈣鈦礦材料方面取得進展，實現了相比傳統工藝更環保的噴墨打印制備(J. Mater. Chem. A 2015,3, 9092-9097)；通過控制打印過程實現了鈣鈦礦單晶材料的可控生長(Sci.Adv.,2018,4,eaat2390;Small,2017,13,1603217)。基于電池器件圖案化設計也取得系列進展(Adv. Mater. 2018,30,1804454; Adv.Energy Mater., 2018,8,1702960.; Nano Energy, 2018,46:203-211; NanoEnergy, 2018,51:556-562)，并通過納米組裝-印刷方式制備蜂巢狀納米支架作為力學緩沖層和光學諧振腔，從而顯著提高了柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和力學穩定性(Adv.Mater.2017,29,1703236)。
展開 此外，固態聚合物電解質中的超分子框架還可以使鋰金屬電池具有靈活性，能應用于可穿戴電子設備。
本文中，作者通過動態交聯亞胺鍵設計并合成了用于柔性固態鋰金屬電池的一種新的聚環氧乙烷基自愈合固態聚合物電解質，這種自愈合固態聚合物電解質具有良好的自愈合能力、優異的力學性能和電化學特性，基于可逆亞胺鍵的動態共價聚合物網絡，通過降低聚合物結晶度顯著改善自愈合固態聚合物電解質的離子導電性，并賦予電解質強粘附性，這有利于電解質與電極之間的有效接觸。所制備的自愈合固態聚合物電解質在25°C下的離子電導率高達7.48×10?4，電化學窗口較寬，極限拉伸應變達到524%，此外，這種電解質材料可以自發地恢復其結構和功能，而無需額外的外部處理。組裝的Li|SHSPE|LiFePO4電池在室溫下具有極好的循環穩定性，循環300周后比容量超過126.4mAh g?1。基于這種特殊的自愈合固態聚合物電解質的相應固態鋰金屬電池在室溫下具有穩定的循環性能，在可穿戴電子器件中具有廣闊的應用前景。
展開 近年來發展火熱的物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮，然而如何給物聯網中的微電子設備供能是一大難題。熱電發電器的應運發展，恰好成為最有前景的解決方案之一。其中，最有代表性的即為主要由二維薄膜熱電材料制成的柔性、微型熱電發電器，優異的幾何和力學特性使其在可穿戴電子等領域有著廣闊前景。然而，二維薄膜熱電發電器與采集環境的熱阻不匹配問題（thermal impedance mismatch）一直困擾研究者多年。與電阻類似，熱阻的大小與熱傳遞方向的距離密切相關。對于二維薄膜熱電發電器來說，這個距離受厚度所限，一般不超過幾個微米。當它工作于皮膚表面時（圖1a），熱傳遞方向的熱阻極小，導致溫差和熱電轉換效率大打折扣。一個最直接的解決方案是將二維材料卷起來并豎立在皮膚表面，從而大大提高熱傳遞方向的距離（圖1b）。可惜利弊相依，這種方案同時帶來了制備工藝上的困難和力學柔性上的犧牲。有沒有一種方法，既能保留二維薄膜材料的力學柔性，又可以增加熱傳遞方向的距離？
圖1：（a）二維薄膜微型熱電發電器置于皮膚表面的示意圖。（b）將薄膜卷曲豎立形成三維熱電發電器置于皮膚表面的示意圖。
近日，美國西北大學John A. Rogers教授、G. Jefferey Snyder教授和黃永剛教授課題組合作，在Science Advances上發表了題為 “Compliant and stretchable thermoelectric coils for energy harvesting in miniature flexible devices”的論文，基于傳統半導體加工工藝，首次提出了利用非線性屈曲力學組裝來實現的一種三維微型熱電發電器。
展開 近年來，已有不少科學家開發出了先進的電子皮膚技術，電子皮膚不僅能顯示信息，而且還具備觸覺傳感、測量血壓、脈搏等功能，兩類技術結合起來勢必會碰撞出新的火花。
參考資料：
https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(21)00102-8?utm_source=EA
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中科院納米能源所王中林院士團隊：纖維/織物基壓電和摩擦電納米發電機應用于可穿戴電子和人工智能系統
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本文原刊登于Ansys.com：《Revolutionizing Wearable Health Monitors With Ansys Optics in AR/VR and Consumer Electronics》
作者：Kerry Herbert | Ansys高級產品營銷經理
編輯整理：谷晨風 | Ansys高級應用工程師
光學產品、可穿戴健康監測設備與沉浸式技術
當可穿戴設備從 "運動計步工具" 進化為 "健康監測終端"，市場對其性能精度、場景適配性的要求已邁入全新維度。2025 年全球可穿戴設備市場規模即將突破數百億美元，運動識別、生物傳感等核心技術的創新迭代，正推動測試體系從 "參數驗證" 向 "場景復現" 全面升級。如何構建覆蓋多維度、適配新場景的測試能力，成為決定產品競爭力的關鍵命題。
一、技術迭代倒逼測試體系重構
可穿戴設備的功能邊界持續拓展
2024年8月28日至30日，IOTE2024第二十二屆國際物聯網展在深圳隆重舉辦。
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隨著全球范圍內協調能源綠色低碳發展，對綠色節能、高質量顯示器的需求日益增長。這種需求促使顯示技術不斷突破壁壘，向更高性能、更可持續的方向邁進
彈簧觸摸按鍵方案憑借其高效性與設計靈活性，廣泛應用于工控、家電及可穿戴設備等各類電子產品設計中。
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展品范圍
1號館：CITE主題館：智慧家庭、智能終端、人工智能、5G、大數據、信息安全、IC等展區
數字視聽展區：智能電視、音響、數字家庭、數碼產品；
移動智能終端展區：智能手機、平板電腦、可穿戴電子；
計算機與網絡展區：臺式機、筆記本、計算機外設、下一代網絡；
軟件與互聯網展區：軟件產品展區、云計算與大數據展區、互聯網展區；
2號館：新型顯示館：LCD展區、OLED展區、觸摸屏展區
智能健康設備：可穿戴設備、電子血壓計、血糖儀、家用制氧機、家用理療儀、智能血壓檢測、智能心率檢測、健康檢測儀、健康手環、按摩及理療儀、智能穿戴芯片等。
健康器械及康體用品：家用醫療器、按摩器具、中醫理療儀、艾草制品及艾灸器設備、足療藥浴、個人護理用品、家庭急救類產品、康復訓練機、運動康體器材、健身器材、智慧醫療產品、第三方檢測等。
液態金屬導熱系數達到30 W/mK，并且通過表面改性方法與聚合物具有良好的可加工性，液態金屬基聚合物復合材料在可穿戴類電子的熱管理的應用中顯示出巨大的潛力。
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成果掠影
近期，新加坡南洋理工大學Pooi See Lee團隊針對電子設備的熱失效問題開發出了具有優異熱管理性能的復合材料。
來源 | Applied Materials & Interfaces
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背景介紹
隨著微電子器件技術、便攜式或可穿戴電子器件以及航空航天工程的發展，散熱已成為一個關鍵問題。特別是異型或柔性電子器件在外形和柔性上受到限制，許多傳統的散熱技術都不適用。因此，輻射冷卻作為一種節能的散熱技術受到了廣泛的關注。
由于大多數電子可穿戴設備是由傳統電池供電的，它們不具有可持續性，并且不方便在戶外充電/維護。開發具有自供電傳感器的戶外可穿戴設備對于解決廢棄電池的不可持續性和潛在的環境污染問題非常重要。
在物聯網時代，摩擦納米發電機(TENG)將周圍隨機、無序、低頻的機械能轉化為電能，被認為是解決能源供應問題的極具前景的技術一些極端情況或環境中的問題。
