柔性傳感器的案例
清華蹇木強(qiáng)Science China Materials綜述：碳材料基柔性可穿戴傳感器
雖然基于碳材料的溫度傳感器已經(jīng)被報(bào)道，但是它們的靈敏度仍然太低，不能監(jiān)測(cè)體溫。為實(shí)現(xiàn)體溫的準(zhǔn)確測(cè)量，需要進(jìn)一步探索新的傳感機(jī)理和傳感器的合理設(shè)計(jì)。高度集成多個(gè)柔性傳感器以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)信息是非常需要的。為了精確地獲得相應(yīng)的刺激，分離不同的信號(hào)是至關(guān)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(hào)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(zhuǎn)換和存儲(chǔ)裝置的集成對(duì)于可穿戴電子設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用是必需的。基于壓電或摩擦電效應(yīng)的自供電柔性傳感器已被報(bào)道為一種十分可行的方法。
展開 液態(tài)金屬柔性可拉伸傳感器取得新進(jìn)展
（來(lái)源：深圳先進(jìn)技術(shù)研究院）
柔性傳感器的拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲
超高可拉伸傳感器的拉伸實(shí)驗(yàn)
可拉伸傳感器的特性分析和應(yīng)用示范
來(lái)源：材料科學(xué)與工程
哈佛大學(xué)鎖志剛教授與科羅拉多大學(xué)Hayward教授 PNAS：基于離電子結(jié)的柔性溫度傳感器
從工業(yè)生產(chǎn)到日常生活，溫度傳感器在各個(gè)領(lǐng)域都起到了非常重要的作用。溫度傳感技術(shù)至少可以追溯到伽利略時(shí)代，它依賴于一個(gè)普遍的原理：溫度影響所有的物理性質(zhì)，因而物性測(cè)量可以起到溫度計(jì)的作用。選擇何種物理屬性是精度、速度、成本和便捷性之間折中的結(jié)果。然而傳統(tǒng)電阻式溫度傳感器和熱電偶以硬材料為主，這大大地限制了其在復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)、生物組織等重要場(chǎng)景的應(yīng)用。近幾十年來(lái)，軟材料的快速發(fā)展推動(dòng)了柔性電子領(lǐng)域的興起，而柔性傳感器則被視為下一代可穿戴設(shè)備、智能織物、軟體機(jī)器人等發(fā)展的關(guān)鍵。
最近，哈佛大學(xué)鎖志剛教授與科羅拉多大學(xué)Ryan C. Hayward教授合作開發(fā)了一種基于離電子結(jié)的新型柔性溫度傳感器。該傳感器的傳感單元由離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體和介電層組成（圖1）。離子積聚在離子導(dǎo)體與介電層的界面處，而電子則積聚在介電層與電子導(dǎo)體的界面處。通常，積聚的離子數(shù)與電子數(shù)并不相等，因而在離子導(dǎo)體中會(huì)形成具有一定厚度（分子尺度）的離子云。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，離子云的厚度發(fā)生變化，繼而產(chǎn)生隨溫度變化的電壓。該溫度傳感器具有靈敏度高（~1 mV/K）、響應(yīng)時(shí)間短（~10 ms）、自供電等優(yōu)良特性，同時(shí)還具有多種傳感構(gòu)型，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。由于離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體和介電層皆可為軟材料，該溫度傳感器具有柔性、可拉伸、透明等特點(diǎn)，可被廣泛應(yīng)用于不規(guī)則物體表面溫度的精準(zhǔn)測(cè)量。
圖1 工作原理
根據(jù)離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體和介電層的不同組合方式，溫度傳感器可設(shè)計(jì)成多種構(gòu)型。
展開 柔性傳感｜凸版印刷全球首次成功研發(fā)可經(jīng)受100萬(wàn)次彎曲的1mm曲率半徑柔性TFT
本產(chǎn)品柔韌性極好，可纏繞在自動(dòng)鉛筆芯上；耐久性很強(qiáng)，可與柔性印刷電路板媲美；此外，它的載流子遷移率比在電視機(jī)等產(chǎn)品中廣泛使用的非晶硅TFT高出10倍還多。通過將本產(chǎn)品與傳感元件相結(jié)合，凸版印刷希望能夠研制出一種具有高柔韌性和高耐久性的柔性傳感器。
特長(zhǎng)：
新結(jié)構(gòu)柔性TFT
通過利用應(yīng)用于批量生產(chǎn)的技術(shù)，凸版印刷成功研制了具有全新結(jié)構(gòu)的本款產(chǎn)品。它除了保有晶體管的優(yōu)良電氣特性以外，柔韌性、彎曲性和耐久性也很強(qiáng)。
柔韌性/耐久性： 曲率半徑為1mm/在進(jìn)行了100萬(wàn)次彎曲試驗(yàn)前后，沒有觀察到載流子遷移率變化等特性的變化。
載流子遷移率 ：10cm2/Vs
今后的目標(biāo)
凸版印刷將不斷推進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)，在進(jìn)一步提高新結(jié)構(gòu)柔性TFT的柔韌性、耐久性和載流子遷移率等特性的同時(shí)，擴(kuò)大柔性傳感器的應(yīng)用范圍。
注：
柔韌性：表示物質(zhì)彈性變形的難易程度，是一種允許物質(zhì)彎曲或偏轉(zhuǎn)的特性。
載流子遷移率：在半導(dǎo)體領(lǐng)域，載流子遷移率是指電子和空穴等載流子轉(zhuǎn)移的難易程度，它是衡量晶體管性能的一個(gè)指標(biāo)。
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展開 
柔性曲率傳感器研究取得重要進(jìn)展
柔性可穿戴設(shè)備在運(yùn)動(dòng)、健康、醫(yī)療等方面有著重要的發(fā)展前景，是當(dāng)前國(guó)際研究熱點(diǎn)。在人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)方面，人體表面主要變形模式為拉/壓變形和彎曲變形，而且都是大變形。對(duì)于適用于柔性可穿戴設(shè)備的監(jiān)測(cè)拉/壓變形的柔性傳感器，已經(jīng)有很多相關(guān)研究；但對(duì)于彎曲變形（曲率或彎曲角度）監(jiān)測(cè)，之前主要有兩類方法：1）采用應(yīng)變傳感器替代，如圖1a所示，這種方式要求傳感器與人體完美粘合，一旦產(chǎn)生滑動(dòng)，測(cè)量結(jié)果毫無(wú)意義，而這種粘合方式對(duì)于用戶來(lái)說是難以接受的，所以不適用于實(shí)際的可穿戴設(shè)備；2）采用光學(xué)辦法，設(shè)備復(fù)雜，不具有便攜性，也不適用于可穿戴設(shè)備。
圖1. （a）應(yīng)變傳感器與（b）曲率傳感器用于關(guān)節(jié)彎曲變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)劣勢(shì)
近日，中科院力學(xué)所科研團(tuán)隊(duì)與大連理工大學(xué)及北京航空航天大學(xué)合作，從力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，研制了適用于可穿戴設(shè)備的薄膜貼片式柔性曲率傳感器。該傳感器可以精確測(cè)量被測(cè)曲面的動(dòng)態(tài)彎曲曲率和彎曲角度，而且其彎曲測(cè)量結(jié)果不受拉伸變形的影響，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，不要求傳感器與被測(cè)曲面完美粘合，只需要貼合（允許小范圍滑動(dòng)，如戴手套或穿緊身衣的方式）即可，如圖1b所示。可見，該傳感器非常適合與穿戴服飾集成，可應(yīng)用于關(guān)節(jié)彎曲監(jiān)測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、坐姿監(jiān)測(cè)等柔性智能穿戴設(shè)備，如圖2所示。
圖2. 曲率傳感器用于手勢(shì)識(shí)別和坐姿監(jiān)測(cè)
該工作相關(guān)論文近日在Advanced Materials Technologies上發(fā)表（Adhesion-Free Thin-Film-Like Curvature Sensors Integrated on Flexible and Wearable Electronics for Monitoring Bending of Joints and Various Body Gestures.
展開 吉大林權(quán)教授課題組AFM：仿肌肉結(jié)構(gòu)且具有各向異性的MXene導(dǎo)電水凝膠的制備及在生物傳感器方面應(yīng)用
導(dǎo)電水凝膠作為柔性電子器件，不僅具有獨(dú)特的吸引力，而且滿足了機(jī)械柔性和智能傳感的基本需求。如何賦予傳統(tǒng)均質(zhì)導(dǎo)電水凝膠和柔性傳感器各向異性和廣泛的應(yīng)用溫度范圍仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
近日，吉林大學(xué)超分子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室林權(quán)教授課題組通過定向凍結(jié)的方法制備具有各向異性的MXene導(dǎo)電水凝膠，其靈感來(lái)自于肌肉的有序結(jié)構(gòu)。由于MXene導(dǎo)電水凝膠的各向異性，其力學(xué)性能和導(dǎo)電性在特定方向上得到增強(qiáng)。通過溶劑置換的方法，賦予導(dǎo)電水凝膠較寬的耐溫范圍為-36°C至25°C。因此，受肌肉啟發(fā)的MXene導(dǎo)電水凝膠具有各向異性和耐低溫性，可作為可穿戴柔性傳感器和3D傳感陣列（圖1）。
圖1. PMZn-GL水凝膠的合成方法及其在可穿戴柔性傳感器和三維傳感器陣列中的應(yīng)用。
圖2. a)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。b)導(dǎo)電水凝膠橫截面的SEM圖像。c)SEM圖像的俯視圖。d)MXene導(dǎo)電水凝膠在平行和垂直網(wǎng)絡(luò)方向的存儲(chǔ)模量和損耗模量。e)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。f)壓力-應(yīng)變曲線。g)電導(dǎo)率。
通過凍融和定向冷凍相結(jié)合的方式，制成MXene導(dǎo)電水凝膠。通過掃描電鏡（SEM）觀察水凝膠的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)所制備的導(dǎo)電水凝膠具有有序的取向性，水凝膠結(jié)構(gòu)為有序的網(wǎng)絡(luò)。后續(xù)對(duì)MXene導(dǎo)電水凝膠的各向異性進(jìn)行研究，通過流變、拉伸、壓縮、電導(dǎo)率這四個(gè)方面進(jìn)行研究討論。他們發(fā)現(xiàn)沿水凝膠網(wǎng)絡(luò)方向的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均優(yōu)于垂直于水凝膠網(wǎng)絡(luò)的，說明所制備的MXene導(dǎo)電水凝膠具有獨(dú)特的各向異性（圖2）。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)可穿戴柔性傳感器提供了一種新的策略。
展開 柔性薄膜壓力傳感器在模具間隙測(cè)量中的應(yīng)用
壓力測(cè)量工具——柔性薄膜壓力傳感器
柔性薄膜壓力傳感器可通過壓力采集板的壓阻隨壓力的變化，測(cè)量出檢測(cè)區(qū)域的壓力值，通過電流信號(hào)傳輸至顯示終端，由壓力感應(yīng)模塊，數(shù)據(jù)收集、發(fā)送模塊和壓力顯示終端3 部分組成(圖6)，其中壓力感應(yīng)模塊可承受1 ～300 PSI，厚度0.2mm（厚度可根據(jù)要求定制）厚度小于沖壓制件最小板料厚度(0.65mm)，工作時(shí)將壓力感應(yīng)模塊置于模具型面的強(qiáng)壓面中，由數(shù)據(jù)收集、發(fā)送模塊記錄數(shù)據(jù)并通過無(wú)線信號(hào)/藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)至顯示終端，顯示終端將采集的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，并顯示所有檢測(cè)點(diǎn)的壓力值。
圖6 柔性薄膜壓力傳感器構(gòu)成
柔性薄膜壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)模具上下模壓料區(qū)域壓料力的數(shù)據(jù)化、可視化，結(jié)合制件工藝設(shè)計(jì)過程中的CAE 分析(圖7)，進(jìn)行數(shù)值差異對(duì)比，便于快速查找制件面品問題真因，并進(jìn)行快速處置，通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具強(qiáng)壓面的預(yù)防性管理。
圖7 模具設(shè)計(jì)CAE 模擬分析制件不同區(qū)域的理論壓料力數(shù)值
柔性薄膜壓力傳感器的使用
柔性薄膜壓力傳感器壓力感應(yīng)模塊厚度0.2mm (厚度可根據(jù)要求定制)，為適應(yīng)感應(yīng)器的使用范圍，按照國(guó)內(nèi)一般汽車沖壓件板材厚度，一般可通過包覆柔性塑料的方式來(lái)制作，厚度0.6mm，測(cè)試時(shí)在依據(jù)制件的實(shí)際板料厚度對(duì)壓力感應(yīng)模塊進(jìn)行包覆，以達(dá)到與板料同厚度，提高壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性，并且對(duì)感應(yīng)模塊進(jìn)行保護(hù)。具體使用步驟如下。
如圖8 所示，傳感器壓力感應(yīng)模塊表面包覆柔性塑料(圖9)來(lái)保護(hù)內(nèi)部線路及壓力傳感器，厚度為0.6mm，使用時(shí)在表面包覆拉延膠帶，使其厚度與測(cè)量區(qū)域板料厚度保持一致，來(lái)保證壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性。
展開 西南交大楊維清Nano Energy：一種基于獨(dú)特豇豆結(jié)構(gòu)CPZNs的柔性自供電壓電傳感器
在iHMI中，柔性壓力傳感器和彎曲角度傳感器被認(rèn)為是機(jī)器人和手勢(shì)識(shí)別等應(yīng)用中最重要的部件。當(dāng)這些傳感器集成到iHMI中，模擬人類皮膚的綜合特性時(shí)，它們需要被一致地覆蓋在人體上，甚至需要集成類皮膚電池或自供能電源。然而，傳統(tǒng)的基于壓電PZT和AlN的壓力傳感器由于制造溫度高、固有的脆性難以實(shí)現(xiàn)彎曲測(cè)量，與柔性襯底不兼容。聚合物基壓電傳感器，如聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的靈活性，但它們壓電性能差所制得的器件靈敏度低。目前關(guān)于彎曲檢測(cè)的報(bào)道多為定性測(cè)量，僅判斷是否存在彎曲，但對(duì)彎曲角度的定量檢測(cè)較少。因此，在iHMI中實(shí)現(xiàn)具有自驅(qū)動(dòng)能力的彎曲角度的定量測(cè)量仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，西南交通大學(xué)楊維清教授團(tuán)隊(duì)的青年教師鄧維禮和研究生楊濤，利用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了一種基于獨(dú)特豇豆結(jié)構(gòu)CPZNs的柔性自供電壓電傳感器(PES)，定量測(cè)量了其彎曲角度，并成功演示了PES在iHMI手勢(shì)遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用。由于混合PVDF/ZnO的協(xié)同壓電效應(yīng)和聚合物的柔韌性，該P(yáng)ES表現(xiàn)出優(yōu)異的彎曲靈敏度（4.4mV deg-1），角度范圍從44°到122°，快速響應(yīng)時(shí)間為76ms，并且具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。此外，PES可在彎曲和按壓模式下工作，顯示0.33 V kPa-1的超高壓力靈敏度，響應(yīng)時(shí)間為16 ms。當(dāng)集成在iHMI中時(shí)，PES可以在不同的曲面上適應(yīng)性地覆蓋，展示精確的彎曲角度記錄和快速識(shí)別，以實(shí)現(xiàn)智能化人機(jī)交互。在此基礎(chǔ)上，通過與人手同步動(dòng)作的方式成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用。這種基于CPZNs的自供電PES在結(jié)構(gòu)和基本機(jī)制上是獨(dú)特的，并且在iHMI中具有巨大的潛在應(yīng)用。
展開 ：高性能橡膠基柔性可穿戴多功能傳感器
近年來(lái)，柔性可穿戴功能傳感器的迅速發(fā)展改變了傳統(tǒng)的醫(yī)療診斷模式，賦予其可穿戴、舒適、遠(yuǎn)程操作、及時(shí)反饋等綜合特性，推動(dòng)了可穿戴人體活動(dòng)監(jiān)測(cè)和個(gè)人健康管理的出現(xiàn)。在眾多可穿戴傳感器的應(yīng)用中，應(yīng)變傳感和溫度傳感是重要的研究方向。應(yīng)變響應(yīng)的高靈敏度是準(zhǔn)確檢測(cè)人體引起的細(xì)微運(yùn)動(dòng)（例如脈搏和心跳）到關(guān)節(jié)、肌肉大尺度動(dòng)作的關(guān)鍵。同時(shí)，實(shí)時(shí)且連續(xù)的皮膚溫度監(jiān)測(cè)對(duì)于預(yù)測(cè)人體和熱環(huán)境的認(rèn)知狀態(tài)以及疾病的早期診斷至關(guān)重要。一般來(lái)說，為了滿足全人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)溫度變化監(jiān)測(cè)的基本要求，傳感器不僅要具備寬廣的響應(yīng)范圍和全工作范圍內(nèi)的高靈敏度，還必須具備較高的電阻溫度系數(shù)和溫度分辨力。然而，目前大多數(shù)可穿戴傳感材料的實(shí)際應(yīng)用普遍受限于柔性拉伸、靈敏度與力學(xué)強(qiáng)度不理想，導(dǎo)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(xué)徐傳輝教授課題組設(shè)計(jì)了一種以橡膠為基材，具有高靈敏度、低檢測(cè)限、高溫度系數(shù)和高力學(xué)強(qiáng)度的多功能柔性傳感器材料。該橡膠復(fù)合材料由羧基丁苯橡膠（XSBR）與天然高分子絲膠（SS）非共價(jià)鍵修飾的碳納米管（CNTs）通過加工手段調(diào)控膠乳復(fù)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(lái)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(huì)對(duì)CNTs造成任何化學(xué)破壞。由此制備的XSBR/SSCNT傳感器能夠檢測(cè)細(xì)微和大的變形，具有217%伸長(zhǎng)率、12.58 MPa拉伸強(qiáng)度、25.98 高靈敏度（即應(yīng)變系數(shù)）、1% 應(yīng)變低檢測(cè)限，0.071 S/m高電導(dǎo)率和 0.504 wt%滲透閾值（如圖2）。
展開 .》: 低滯后、超快響應(yīng)/恢復(fù)的柔性紡織基壓力傳感器
近年來(lái)，通過監(jiān)測(cè)生理信號(hào)用于便攜式、可穿戴、長(zhǎng)期醫(yī)療保健和遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷的智能電子傳感技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中，表皮脈搏作為一種重要的身體信號(hào)，可以很好地用于醫(yī)療或自我調(diào)節(jié)。在用于脈搏檢測(cè)的各種壓力傳感器中，基于紡織材料的柔性壓力傳感器取得了很大的進(jìn)展，這歸因于紡織材料具有良好的柔韌性和變形能力，能夠承受剪切力、彎曲力和壓縮力。由于纖維之間的相互作用，紡織傳感器存在普遍的滯后效應(yīng)，這是幾乎所有類型的紡織品傳感器中最突出和不可避免的問題之一。
為了實(shí)現(xiàn)紡織柔性壓阻器件在靈敏度、可重復(fù)性、線性度、滯后、響應(yīng)/弛豫時(shí)間和工作電壓方面平衡的性能，胡金蓮教授課題組提出了一種類DNA雙螺旋紗線結(jié)構(gòu)的超快響應(yīng)/恢復(fù)柔性壓阻傳感器以用于表皮脈搏監(jiān)測(cè)。該傳感器在靈敏度 (0.57 kPa -1)、響應(yīng)時(shí)間 (2 ms)、弛豫時(shí)間 (2 ms)、線性度 (4.9%)、波動(dòng)性 (7.8%)、耐用性 (6000 次循環(huán)) 和滯后性(5.3%)等方面都表現(xiàn)出了平衡的性能。
圖1. 使用分層紡織結(jié)構(gòu)組裝的柔性壓力傳感器。（a）雙螺旋結(jié)構(gòu)的加捻紗線（插圖顯示meta-DNA 結(jié)構(gòu)）（b）和具有芯鞘結(jié)構(gòu)的纖維（c）。d-f) SEM 圖像顯示相應(yīng)織物 (d)紗線 (e) 和纖維 (f) 的表面形態(tài)。g) 夾層織物壓力傳感器的設(shè)計(jì)。該織物與聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN) 薄膜（綠色）、封裝凝膠（灰色）、叉指電極（黃色）和聚酰亞胺（PI）基材（藍(lán)色）結(jié)合在一起。h) 紡織傳感器顯示出良好的柔韌性。i) 用膠布繃帶組裝的紡織傳感器原型。
展開 青島大學(xué)隋坤艷課題組：一種基于海藻多糖超分子納米纖維水凝膠的離子皮膚傳感器
近年來(lái)，柔性傳感器在人體健康/運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、電子皮膚和人工智能等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。作為柔性傳感器的材料需同時(shí)具備優(yōu)異的力學(xué)性能（高強(qiáng)度、高延展性、高彈性）、感知性能（高靈敏度、寬應(yīng)變響應(yīng)范圍）、貼合性、低能耗、生物相容性、易大規(guī)模制備等特點(diǎn)。然而，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)柔性傳感器集上述多種性能于一體，目前仍面臨很大挑戰(zhàn)，使其在實(shí)際中的應(yīng)用受阻。最近，青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院隋坤艷教授和美國(guó)馬里蘭大學(xué)帕克分校化學(xué)與生物化學(xué)系聶志鴻教授，受人體皮膚組成以及傳感原理的啟發(fā)，研發(fā)出一種基于海藻多糖超分子納米纖維水凝膠的離子皮膚傳感器。
該研究采用一價(jià)無(wú)機(jī)鹽(如NaCl)誘導(dǎo)半剛性海藻酸鈉（SA）分子自組裝形成基于多重氫鍵的超分子納米纖維網(wǎng)絡(luò)作為能量耗散網(wǎng)絡(luò)，聚丙烯酰胺（PAM）化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)依然作為支撐彈性網(wǎng)絡(luò)；與此同時(shí)，NaCl和SA亦可提供大量的導(dǎo)電離子賦予水凝膠高的導(dǎo)電性，從而實(shí)現(xiàn)水凝膠中力學(xué)網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)二者之間協(xié)同效應(yīng)機(jī)制的構(gòu)筑。基于此，該水凝膠從組成上和結(jié)構(gòu)上（SA納米纖維、PAM彈性網(wǎng)絡(luò)、NaCl）可模擬人體皮膚（膠原蛋白纖維、彈性纖維、無(wú)機(jī)鹽）。制備得到的水凝膠呈現(xiàn)出高透明度(99.6%)、高拉伸強(qiáng)度(0.75 MPa)、抗壓縮（汽車碾壓后立刻回彈）、高延展性(3120%)、高韌性（4.77 MJ m-3）、高應(yīng)變下依然保持高彈性等優(yōu)異性能。進(jìn)而應(yīng)用于離子傳感器，展現(xiàn)出高靈敏度、寬應(yīng)變響應(yīng)范圍(0.3%~1800%)、優(yōu)異的貼合性和穩(wěn)定性，并且可以在0.04V的低電壓下工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體從大幅度運(yùn)動(dòng)（四肢）到微小形變（發(fā)音、脈搏）等即時(shí)及穩(wěn)定檢測(cè)。
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南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、于海東、孫庚志和呂剛教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：在高性能泡沫狀應(yīng)變傳感器研究方面取得進(jìn)展
傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器通常由金屬或半導(dǎo)體材料制備，其拉伸范圍有限（通常小于5%），不適合在可穿戴設(shè)備中使用。泡沫式柔性應(yīng)變傳感器因其重量輕、透氣性好、靈敏度高備受人們關(guān)注，可以作為一種可穿戴傳感器，用于監(jiān)測(cè)人體的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、聲帶振動(dòng)等信號(hào)，在柔性電子領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。然而，目前開發(fā)的泡沫式柔性應(yīng)變傳感器很難既具有很高靈敏度又具有很寬檢測(cè)范圍，限制了其廣泛的應(yīng)用。因此，亟需開發(fā)具有更寬工作范圍和更高靈敏度的高性能的新型泡沫式柔性應(yīng)變傳感器。
為了同時(shí)提升泡沫式柔性應(yīng)變傳感器的靈敏度和工作范圍，南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院的黃維院士、于海東、孫庚志和呂剛教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合鹽模板法和浸涂法，制備了由熱塑性聚氨酯(TPU)、多壁碳納米管（MWCNTs）和Ti3C2Tx MXene構(gòu)成的導(dǎo)電泡沫式材料；該TPU/MWCNTs@MXene泡沫式材料可以用來(lái)制備一種輕質(zhì)、易加工、極靈敏的柔性應(yīng)變傳感器，在可穿戴傳感器方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1. 泡沫式柔性應(yīng)變傳感器的制備流程
將上述TPU/MWCNTs@MXene導(dǎo)電泡沫式材料用來(lái)制備壓阻式應(yīng)變傳感器，該器件表現(xiàn)出了高達(dá)100％的傳感范圍、很高的靈敏度（GF = 363）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性；上述性能優(yōu)于已有報(bào)道的泡沫式應(yīng)變傳感器。此外，這種新型泡沫式材料具有優(yōu)良的透氣性能和與皮膚相近的彈性模量，可以大幅度提升用來(lái)制備可穿戴傳感器的舒適性。
為了展示該導(dǎo)電泡沫式材料在可穿戴式應(yīng)變傳感器研究的應(yīng)用，研究者將其貼附于人體的不同部位來(lái)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)。
展開 寧波大學(xué)翁更生團(tuán)隊(duì)JMCA：基于M-Ala動(dòng)態(tài)配位的多重刺激電信號(hào)響應(yīng)性自供能水凝膠傳感器
對(duì)外界環(huán)境或人體生理信號(hào)等多種刺激作出響應(yīng)是電子皮膚、可穿戴生理監(jiān)測(cè)治療裝置等柔性可穿戴傳感設(shè)備的重要要求。滿足以上要求需要考慮的一個(gè)重要問題就是電能供給的問題，而傳統(tǒng)電能供給設(shè)計(jì)方案不可避免的會(huì)用到笨重的外接電源與線纜，這顯然不符合新一代柔性可穿戴傳感器的設(shè)計(jì)理念。因此，自供能將是新一代柔性可穿戴傳感器的重要研究方向。一個(gè)常見的設(shè)計(jì)策略就是將柔性光伏裝置（如太陽(yáng)能電池）整合進(jìn)柔性可穿戴傳感器。雖然這一設(shè)計(jì)方式具有一定的使用可靠性，但整合這些太陽(yáng)能電池往往需要較高的能源消耗以及較高的溫度，這可能會(huì)對(duì)柔性可穿戴傳感器中的活性材料造成損害。近年來(lái)，基于壓電材料、熱電材料、納米摩擦發(fā)電機(jī)、以及水凝膠原電池的電源作為光伏電源的一種替代方案已得到了許多關(guān)注。雖然上述新型的自供能設(shè)計(jì)策略從不同的供電原理出發(fā)，能一定程度上解決柔性傳感器自供能的問題，然而實(shí)際的人體生理信號(hào)及外界環(huán)境信號(hào)是多樣的，這就要求一種傳感器能監(jiān)測(cè)多種信號(hào)，即需要滿足多重刺激響應(yīng)性。但是，上述的材料設(shè)計(jì)往往只能用于某一種信號(hào)的監(jiān)測(cè)（比如外力）。這就大大限制了以上設(shè)計(jì)策略在電子皮膚等方面的應(yīng)用。因此，新一代的自供能柔性傳感器需要進(jìn)行多重刺激響應(yīng)性設(shè)計(jì)。
近期，寧波大學(xué)翁更生副教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了不同金屬與丙氨酸（Ala）動(dòng)態(tài)配位交聯(lián)的水凝膠材料，根據(jù)原電池的設(shè)計(jì)思路，組裝得到了基于Cu-Zn原電池的自供能水凝膠傳感器。該水凝膠傳感器對(duì)外界多種刺激表現(xiàn)出可逆的電信號(hào)響應(yīng)性，并兼具柔性、自供能及多重外界刺激響應(yīng)性的特點(diǎn)。其設(shè)計(jì)策略與研究方法可望為新型柔性自供能可穿戴電子設(shè)備的開發(fā)提供新思路。
圖1.
展開 沈國(guó)震課題組：用于可穿戴觸摸鍵盤的新型柔性觸覺傳感器
柔性觸覺傳感器作為可穿戴電子設(shè)備的核心部件，在消費(fèi)電子、軍事、醫(yī)療健康等領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景。
最近，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所沈國(guó)震課題組成功研制出一種基于具有特殊微結(jié)構(gòu)的銀納米線/PDMS復(fù)合電介質(zhì)層材料的柔性透明電容式壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了類似人體皮膚功能，可快速感知微小壓力變化。與采用純PDMS平面結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層器件相比，所制備的傳感器具有更高的靈敏度(0.831 kPa?1，<0.5 kPa)，更低的檢測(cè)范圍，更好的穩(wěn)定性和耐久性。本文對(duì)導(dǎo)電填料含量和微結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)傳感機(jī) 理也進(jìn)行了討論。
此外，作者還研制了一個(gè)5×5的傳感器陣列并成功地用于柔性可穿戴式觸摸鍵盤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壓力觸覺傳感器在電子皮膚與人機(jī)交互中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
Flexible and transparent capacitive pressure sensor with patterned microstructured composite rubber dielectric for wearable touch keyboard application
Science China Materials，2018，doi：10.1007/s40843-018-9267-3
展開 北大研究人員在柔性可變形三維傳感器研究中取得重要進(jìn)展
隨著人們?nèi)找嬷匾暽斫】担絹?lái)越多的業(yè)界人士致力研發(fā)可貼附在人體各個(gè)部位的柔性可穿戴式傳感器，用于監(jiān)測(cè)溫度、心率、肌電、血壓等多種生理特征。然而，對(duì)于起伏很大、拉伸形變明顯的身體部位，尚需構(gòu)建一個(gè)更加立體的可變形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與皮膚在任何狀態(tài)下的共形接觸，提高信號(hào)質(zhì)量，減少監(jiān)測(cè)時(shí)的噪聲。
近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡又凡研究員課題組在相關(guān)研究中取得重要進(jìn)展。他們首先采用銀納米線（具有良好的透光性、導(dǎo)電性和機(jī)械柔韌性）作為導(dǎo)電材料、聚對(duì)二甲苯作為襯底材料，構(gòu)建3μm厚的超薄AgNWs/parylene復(fù)合薄膜，在導(dǎo)電性、透明度、穩(wěn)定性等方面均具有優(yōu)勢(shì)。隨后，課題組將其應(yīng)用于心電監(jiān)測(cè)和高頻天線，所獲取的心電信號(hào)電壓幅值和信號(hào)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(shí)，制備的天線工作頻段在4.3 GHz以上，可覆蓋無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN，5GHz）和射頻識(shí)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(gòu)建三維可變形電子系統(tǒng)的通用方案，包括合理的激光圖案切割設(shè)計(jì)和獨(dú)特的圖形化流程。理論分析的結(jié)果證明通過切割圖形的設(shè)計(jì)，可有效增強(qiáng)薄膜與人體皮膚之間的黏附性。他們利用此三維可調(diào)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建可變形的透明濕度傳感器，以手肘和手指關(guān)節(jié)為例，成功實(shí)現(xiàn)了這些部位的汗液監(jiān)測(cè)。
被選為《先進(jìn)科學(xué)》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(gòu)建三維可變形傳感系統(tǒng)的通用策略，證明了在各類皮膚曲面上實(shí)現(xiàn)高性能傳感器系統(tǒng)的可行性，以及可應(yīng)用于未來(lái)復(fù)雜皮膚表面的各類生理健康監(jiān)測(cè)。
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