柔性材料与可穿戴电子传感器前景资料报告
智能柔性传感器的应用及其发展前景

2、机械稳定性:超柔性PDMS复合材料具有很高的机械强度和弹性,可以承 受较大的变形,从而提高传感器的耐用性。
3、可塑性强:通过改变PDMS的配方和制备工艺,可以定制不同规格和形状 的传感器,以满足不同应用的需求。
智能柔性传感器可以根据不同的应用需求,分为多种类型。其中,最常见的 是应变式柔性传感器和电容式柔性传感器。应变式柔性传感器是通过测量材料的 形变来感知和传递信息的,具有测量范围广、精度高等优点,但是对材料的性能 要求较高。电容式柔性传感器则是通过测量电容值的变化来感知和传递信息的, 具有灵敏度高、响应速度快、耐用性强等优点,但是在测量时要保持干燥和清洁, 否则会影响测量结果。
四、柔性直流输电应用前景
1、促进清洁能源的发展:柔性直流输电技术可以有效地连接清洁能源发电 站与电网,提高能源利用效率,同时降低碳排放。随着全球对可再生能源需求的 增加,柔性直流输电将在未来发挥更加重要的作用。
2、改善电网稳定性:柔性直流输电的快速响应能力和独立控制功率传输的 能力使其在电网故障时能够提供稳定的电力供应,提高电网的稳定性。
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柔性压力传感器应用研究
在柔性压力传感器中,超柔性PDMS复合材料的应用主要集中在制造传感器的 感应元件和电路。这些感应元件通常由具有高度敏感性的材料制成,如应变片或 电容传感器。通过施加外部压力,这些元件会产生相应的电信号变化,从而实现 对压力的测量。
利用超柔性PDMS复合材料制造的感应元件和电路具有以下优点:
1、全球范围内的推广和应用:随着电力需求的增长和清洁能源的普及,柔 性直流输电技术在全球范围内得到了广泛的应用。例如,在欧洲,德国的Trans Bay Cable项目和瑞典的NordLink项目都是大型的柔性直流输电项目,用于连接 北海和大陆电网。
柔性电子技术在可穿戴设备中的应用研究

柔性电子技术在可穿戴设备中的应用研究随着科技的不断发展,可穿戴设备已经成为人们日常生活中必不可少的一部分。
而柔性电子技术作为关键的技术支持,为可穿戴设备的设计与制造提供了全新的可能性。
本文将探讨柔性电子技术在可穿戴设备中的应用研究,介绍其优势和挑战,并展望未来的发展趋势。
柔性电子技术是一种基于柔性材料的电子器件制造技术。
与传统的硬性电子器件相比,柔性电子器件具有以下优势:首先,柔性电子器件可以根据人体的曲线进行包覆,从而更好地适应人体的形状和运动。
这种柔性性质使得可穿戴设备可以更加舒适地贴合身体表面,减少对使用者的不适感。
其次,柔性电子器件通常具有较轻的重量和较低的厚度,使得可穿戴设备更加轻便和便于携带。
此外,柔性电子器件还具有高度的可靠性和稳定性,可以在复杂环境下保持正常工作。
综上所述,柔性电子技术为可穿戴设备的设计和制造带来了诸多优势。
在可穿戴设备中应用柔性电子技术的研究已经取得了一定的成果。
例如,柔性传感器可以测量人体的生理指标,如心率、体温和呼吸频率,为健康监测和医学诊断提供了可靠的数据。
柔性显示屏可以将信息直接传输到用户的视网膜上,实现了更加直观和便捷的信息交互。
柔性电池则可以提供可穿戴设备所需的电能,延长了设备的使用时间。
此外,柔性电子技术还可以用于可穿戴设备的导电线路、天线、传输媒介等。
这些应用都使得可穿戴设备更加智能化、功能化和人性化。
然而,柔性电子技术在可穿戴设备中的应用也面临一些挑战。
首先,柔性材料的稳定性和可靠性仍然是一个问题。
由于柔性材料对于湿度、温度和机械应力等环境因素的敏感性,柔性电子器件的寿命和性能可能受到一定的影响。
因此,寻找更加稳定和耐用的柔性材料是目前研究的重点之一。
其次,柔性电子器件的制造过程相对复杂,需要特殊的设备和技术,增加了制造成本和时间。
此外,柔性电子器件的结构和尺寸也对制造工艺提出了一定的要求。
因此,如何实现大规模商业化生产仍然是一个待解决的问题。
柔性电子的应用领域及前景展望

柔性电子的应用领域及前景展望柔性电子,是一种可以在弯曲、拉伸、卷起等各种形变状态下正常工作的电子器件。
通过使用柔性基底材料,以及采用特殊的制造工艺,实现了对电子器件的可塑性和可伸缩性的改进。
近年来,柔性电子技术的发展取得了突破性进展,并在多个应用领域展示出了巨大的潜力。
柔性电子技术在医疗领域有着广阔的应用前景。
柔性传感器可以与人体皮肤紧密结合,实时监测人体的生理参数,如心率、血氧饱和度等。
这些数据可以用于医疗诊断、康复监测等方面。
此外,柔性电子还可以作为人工智能辅助技术的关键组成部分,用于开发可穿戴设备,如智能手表、智能眼镜等。
通过柔性电子技术,这些设备可以更好地适应人体的形状和运动,提高舒适度和便携性。
柔性电子技术也在智能家居领域发挥着重要的作用。
传统的家居设备通常由硬件构成,难以适应人们多样的生活方式和出行需求。
而采用柔性电子技术的家居设备可以灵活地适应各种空间布局,实现智能化控制。
比如,可弯曲的光源可以实现大范围照明,适应不同的照明需求;可卷起的电子屏幕可以作为电视、电脑显示器等多种用途;可折叠的电子窗帘可以自动调节室内光线等。
通过柔性电子技术的应用,智能家居可以更好地服务于人们的生活,提高生活质量,提升居住体验。
柔性电子技术在能源领域的应用也备受瞩目。
由于柔性太阳能电池可以根据物体表面的形状进行柔性安装,因此可以将其应用于建筑物表面、交通工具表面等多种场景中。
这种应用形式可以大规模利用太阳能资源,实现清洁能源的利用,为可持续发展做出贡献。
此外,柔性能量收集设备还可以应用于可穿戴设备、智能手机等移动设备中,实现便携式能量供应,为人们的日常生活增添便利。
在工业制造领域,柔性电子技术也有广泛的应用前景。
由于柔性电子技术可以使传感器、电路板等器件更加轻薄灵活,可以应用于机器人手臂、工业自动化设备等领域。
通过柔性电子技术的应用,这些设备可以更好地适应复杂的工作环境,提高生产效率和安全性。
此外,柔性电子技术还可以应用于智能工厂和物联网领域,实现设备之间的无线连接和数据传输,促进生产过程的智能化和自动化。
柔性有机电子材料的应用前景

柔性有机电子材料的应用前景柔性有机电子材料是一种具有高度弯曲和拉伸性能的电子材料,具有广泛的应用前景。
它们可以制成灵活的电子器件,如可穿戴设备、可折叠屏幕、传感器等。
本文将探讨柔性有机电子材料在不同领域的应用前景。
一、医疗领域在医疗领域,柔性有机电子材料可以制成柔性传感器,用于测量人体生理指标。
例如,通过贴在皮肤上的柔性传感器,可以监测心率、血压、体温等健康数据,为医生提供更加准确的诊断和监护信息。
此外,柔性有机电子材料还可以作为可植入式医疗器械的外包装材料,提供良好的柔性和生物相容性,以减少对患者的伤害。
二、电子设备柔性有机电子材料在电子设备行业中有着广泛的应用前景。
其良好的弯曲性和拉伸性能使其适用于制作可折叠屏幕。
相比传统的玻璃屏幕,柔性屏幕更加轻薄、耐用,同时可以实现更大尺寸和更好的视觉效果。
此外,柔性有机电子材料还可以用于制作柔性电池,解决传统电池无法适应弯曲场景的问题,为可穿戴设备、智能手环等提供持久的电力支持。
三、能源领域柔性有机电子材料在能源领域的应用前景也非常广泛。
例如,柔性有机太阳能电池可以灵活地嵌入建筑物的表面,实现太阳能的高效利用。
由于其柔性和轻薄的特性,可以在曲面和弯曲表面上安装,并适应不同的建筑设计需求。
此外,柔性有机电子材料还可以用于制作超级电容器,提供高容量和高能量密度的电力储存装置,为电动汽车、能源储存等领域提供可靠的能源支持。
四、环境监测柔性有机电子材料可用于制作环境传感器,监测大气污染物、水质、土壤污染等环境指标。
通过将柔性传感器集成到城市、工厂、农田等环境中,可以实时监测环境状况,并提供数据供环保部门和公众参考。
柔性有机电子材料的高度适应性和低成本制备的优势使其成为环境监测领域的理想选择。
总结:柔性有机电子材料作为一种具有高度弯曲和拉伸性能的电子材料,具有广泛的应用前景。
在医疗领域,它可以用于制作传感器和植入式医疗器械的外包装材料;在电子设备领域,它可以用于制作可折叠屏幕和柔性电池;在能源领域,它可以用于制作柔性太阳能电池和超级电容器;在环境监测领域,它可以用于制作环境传感器。
柔性传感器材料的研究及性能分析

柔性传感器材料的研究及性能分析近年来,随着科技的发展,柔性传感器材料在各个领域中得到了广泛的应用。
从医疗健康到智能家居,从工业机械到航空航天,柔性传感器的出现为我们的生活带来了许多便利。
本文将探讨柔性传感器材料的研究和性能分析。
一、柔性传感器的定义与特点柔性传感器是一种具有柔性结构的传感器,能够实现对物体形变、压力、拉伸等物理量的测量。
与传统硬性传感器相比,柔性传感器具有以下特点:首先,柔性传感器具有较好的柔韧性和适应性,可以与曲面和不规则形状的物体接触;其次,柔性传感器可以实现多方向的应变测量,提供更多的信息;最后,柔性传感器具有较低的成本和较高的可制备性,使其在大规模应用时具有显著的优势。
二、柔性传感器材料的研究进展1. 有机材料有机材料是柔性传感器中最为常见的材料之一。
传统的有机材料包括聚合物和复合材料。
聚合物材料通常具有较好的柔韧性和可加工性,但其导电性能较差。
为了提高聚合物材料的导电性能,研究者通常会添加导电填料,如碳纳米管、金属纳米粒子等。
复合材料是指不同种类的材料通过混合或复合制备而成的材料,能够综合利用各种材料的优点。
近年来,研究人员通过设计和制备合适的复合材料,成功地提高了柔性传感器的灵敏度和响应速度。
2. 纳米材料纳米材料正成为柔性传感器材料研究的热点。
纳米材料具有较大的比表面积和独特的物理化学性质,使其在传感器领域具有广阔的应用前景。
例如,氧化锌纳米线具有优异的力学柔韧性和高度敏感的气体敏感性能,可用于制备柔性压力传感器和气体传感器。
碳纳米管是一种具有优异导电性能和可变阻值的纳米材料,可用于制备柔性应变传感器和触摸传感器。
三、柔性传感器性能的分析柔性传感器的性能分析是评价柔性传感器技术水平的重要手段。
常用的性能分析指标包括灵敏度、线性度、稳定性和适应性等。
1. 灵敏度灵敏度是指传感器输出数据相对于输入参数变化的响应程度。
柔性传感器的灵敏度与其所使用材料的特性相关。
一些材料具有较高的灵敏度,可实现对微小压力或应变的测量。
柔性传感器的原理及其应用前景

柔性传感器的原理及其应用前景柔性传感器是一种特殊设计的传感器,其可弯曲和扭转,能够检测和感知物体的形变、压力、拉力和扭转等。
柔性传感器由柔性材料制成,例如聚合物或薄膜,结构灵活、轻巧、可弯曲,并且能与多种材料相容。
这使得柔性传感器能够与人类和机器人一样感知周围环境,因此被广泛应用于健康管理、人机交互、身体运动监测、虚拟现实、机器人技术等领域。
柔性传感器的工作原理可以归纳为两大类:电阻性传感和电容性传感。
电阻性传感是根据柔性传感器内部材料的电阻变化来感知外力,可以通过改变电导性或电阻来测量压力或形变。
电容性传感是通过改变柔性传感器的电容值来感知外力,其工作原理是在弯曲或拉伸过程中,传感器内部电容值会发生变化,因此可以通过测量电容来检测和感知外力。
目前,柔性传感器在以下领域有着广泛的应用前景:1.健康管理:柔性传感器可以被应用于身体健康监测和医疗设备,例如测量和监测人体肌肉的运动和姿势,监测心率、呼吸和血氧含量等。
这些传感器可以被集成到可穿戴设备、智能绷带和床垫等设备中,为人们的健康管理提供实时数据。
2.人机交互:柔性传感器可以被应用于智能手套、智能鞋垫等设备中,实现与计算机或虚拟现实系统的交互。
通过监测手指的动作和脚底的压力,可以实现更直观的交互方式,例如手势控制和虚拟现实游戏。
3.机器人技术:柔性传感器可以被应用于机器人的感知系统中,实现智能抓取、物体识别和环境感知等功能。
柔性传感器可以给机器人提供更智能、精准的动作指导,提高机器人的操作准确性和安全性。
4.智能制造:柔性传感器可以被应用于自动化生产过程中,监测和控制机器人的力传感和路径规划。
这些传感器可以感知和调整机器人的力学变化,提高制造过程的质量和效率。
5.运动医学:柔性传感器可以被应用于体育训练和康复治疗中,实时监测运动员的动作和姿势。
通过收集和分析运动数据,可以为运动员提供个性化的训练和康复方案,并提高运动表现和预防运动损伤的效果。
总之,柔性传感器具有广泛的应用前景,在医疗、智能制造、人机交互、机器人技术和运动医学等领域都有着巨大的潜力。
柔性电子学的发展及应用前景

柔性电子学的发展及应用前景随着科学技术的不断进步,人类对于电子学的需求也在不断增加,传统的硬性电子产品无法满足人们的需求。
因此,柔性电子学应运而生,以其独特的弹性、舒适性和可塑性,被广泛应用在可穿戴设备、医疗设备、智能家居等领域。
本文将介绍柔性电子学的发展历程及其应用前景。
一、柔性电子学的发展历程早在20世纪50年代,人们已经开始研究柔性电子学,但当时的技术水平不够成熟,无法实现柔性电子技术的商业化应用。
在20世纪90年代初期,随着杂交晶体管的发明,柔性电子学的技术开始实现商业化应用。
在此之后,柔性电子学技术不断得到改进和发展,应用领域也不断拓展。
目前,柔性电子学已经成为了一个热门的领域。
研究人员不断探索新的制造技术和材料,以提高柔性电子产品的性能和可靠性。
例如,研究人员提出了使用生物材料制造柔性电子产品的方法,如使用蛋白质和碳纳米管来制造可穿戴设备。
二、柔性电子学的应用前景柔性电子学的应用前景非常广泛,其中最受关注的应用领域之一是可穿戴设备。
随着人们对健康的重视,可穿戴设备在市场上不断升温。
柔性电子产品的轻便性和适应性,使得可穿戴设备更加舒适和便捷,人们可以在运动、工作或日常生活中佩戴它们,实时监测身体健康状况。
另外,柔性电子学在医疗设备领域也有广泛的应用前景。
比如,柔性传感器可以用于监测心率、血压、呼吸和运动量等。
柔性电子技术还可以用于可穿戴假肢和智能助行器等,帮助残障人士更好地融入社会。
除此之外,柔性电子技术还可以应用于智能家居领域。
例如,智能窗帘、智能照明系统、智能温控器等设备,可以通过柔性电子传感技术实现更加精准的自动化控制。
三、柔性电子学面临的挑战虽然柔性电子技术的应用前景非常广泛,但它也面临着一些挑战。
例如,柔性电子产品的生产成本相对于传统硬性电子产品仍然较高,这限制了其商业化应用的范围。
此外,柔性电子产品的可靠性和稳定性也需要进一步提高。
四、结论总之,柔性电子技术的发展非常迅速,它已经成为电子学领域的热门话题。
柔性电子产业未来发展趋势

柔性电子产业未来发展趋势柔性电子是一种具有弹性和可弯曲性的电子技术领域,相比传统硬性电子产品,柔性电子具有更高的适应性和可塑性。
随着科技的进步和人们对便携式、可穿戴设备的需求增加,柔性电子产业正迎来发展的良机。
本文将从技术、市场和应用三个方面,探讨柔性电子产业的未来发展趋势。
一、技术发展趋势1. 制造工艺的改进:柔性电子需要采用柔性的基底材料,如聚酰亚胺薄膜等,因此制造工艺是柔性电子产业发展的关键。
未来,制造工艺将更加精细化,采用更先进的技术,如纳米技术、3D打印等,实现更高的精度和更快的速度,降低成本,并提高产能。
2. 新材料的应用:柔性电子需要使用高弯曲性和高导电性的材料,在材料方面,新材料的应用将是一个重要趋势。
例如,碳纳米管、功能性高分子、石墨烯等材料的应用将进一步提升柔性电子产品的性能。
3. 功耗和能源管理:柔性电子产品在电源管理和功耗方面面临挑战。
未来,柔性电子产业将着重解决低功耗和高能效的问题,通过研发新型电池、充电技术和能源管理系统,延长设备的续航时间,提高用户体验。
二、市场发展趋势1. 可穿戴设备市场的持续增长:随着人们对健康和智能生活的追求,可穿戴设备市场正呈现高速增长的趋势。
柔性电子作为可穿戴设备的核心技术,将受益于可穿戴设备市场的快速发展。
未来,可穿戴设备将变得更加轻薄和舒适,柔性电子将成为实现这一目标的重要技术。
2. 智能家居市场的崛起:随着物联网技术的普及和应用,智能家居市场正在迅速崛起。
柔性电子可以实现对家居设备的弯曲和可定制化,提高灵活性和个性化。
未来,柔性电子将应用于智能家居领域,实现家居设备的自动化、智能化和人性化。
3. 医疗领域的应用拓展:医疗领域对柔性电子的需求也在增加。
柔性电子可以应用于医疗传感器、可穿戴医疗设备等,帮助个人监测身体健康和进行疾病管理。
未来,柔性电子将进一步拓展医疗领域的应用,为医疗行业提供更多解决方案。
三、应用发展趋势1. 可穿戴设备:柔性电子在可穿戴设备上的应用将是未来发展的主要方向。
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柔性材料与可穿戴电子传感器前景资料报告 ——2016101018通信161班何昌帮 通过这个学期的学习我对柔性材料和电子传感器有了一些了解。 一:柔性与柔性材料 1.1柔性材料的定义 柔性英文为Flexible,也可解释为挠性,是相对刚性而言的一种物体特性。挠性是指物体受力后变形,作用力失去之后物体自身不能恢复原来形状的一种物理性质。而刚性物体受力后,在宏观来看其形状可视为没有发生改变。弹性是指物体受力后变形,作用力失去之后物体自身能恢复原来形状的一种物理性质。其侧重物体的变形结果,而挠性侧重物体自身性质。因而柔性材料是指可伸缩,弯曲,扭转,变形而不失去性能的材料。通过这一性能我们可以得到许多延展性及曲度很高的电子材料。在查阅资料的过程中我还了解到了一种与本课题有关的但是处于初步阶段的电子技术——柔性电子技术。 1.2柔性材料的发展前景 柔性电子可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术,以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴(Skin Patches)等。与传统IC技术一样,制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小,其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。柔性电子技术有可能带来一场电子技术革命,引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000年世界十大科技成果之一,与人类基因组草图、生物克隆技术等重大发现并列。美国科学家艾伦黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树由于他们在导电聚合物领域的开创性工作获得2000年诺贝尔化学奖。西方发达国家纷纷制定了针对柔性电子的重大研究计划,如美国FDCASU计划、日本TRADIM计划、欧盟第七框架计划中PolyApply和SHIFT计划等,仅欧盟第七框架计划就投入数十亿欧元的研发经费,重点支持柔性显示器、聚合物电子的材料/设计/制造/可靠性、柔性电子器件批量化制造等方面基础研究。 在最近的10年间,康奈尔大学、普林斯顿大学、哈佛大学、西北大学、剑桥大学等国际著名大学都先后建立了柔性电子技术专门研究机构,对柔性电子的材料、器件与工艺技术进行了大量研究。柔性电子技术同样引起了我国研究人员的高度关注与重视,在柔性电子有机材料制备、有机电子器件设计与应用等方面开展了大量的基础研究工作,并取得了一定进展。中国科学院长春应用化学研究所、中国科学院化学研究所、中国科学技术大学、华南理工大学、清华大学、西安电子科技大学、天津大学、浙江大学、武汉大学、复旦大学、南京邮电大学、上海大学等单位在有机光电(高)分子材料和器件、发光与显示、太阳能电池、场效应管、场发射、柔性电子表征和制备、平板显示技术、半导体器件和微图案加工等方面进行了颇有成效的研究。近年来,华中科技大学在RFID封装和卷到卷制造、厦门大学在静电纺丝等方面取得了研究进展。在SpringerLink上也有着一些相关的文献。·
二:可穿戴的电子传感器 随着智能终端的普及,可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。传感器作为核心部件之一,将影响可穿戴设备的功能设计与未来发展。柔性可穿戴电子传感器具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点,使其成为最受关注的电学传感器之一。 传感器在人体健康监测方面发挥着至关重要的作用。近年来,人们已经在可穿戴可植入传感器领域取得了显著进步,例如利用电子皮肤向大脑传递皮肤触觉信息,利用三维微电极实现大脑皮层控制假肢,利用人工耳蜗恢复病人听力等。然而, 实现柔性可穿戴电子传感器的高分辨、高灵敏、快速响应、低成本制造和复杂信号检测仍然是一个很大的挑战。 2.1柔性可穿戴电子传感器机械力信号转换 有效地将外部刺激转化为电信号是柔性可穿戴电子传感器监测身体健康状况的关键技术。柔性可穿戴电子传感器的信号转换机制主要分为压阻、电容和压电三大部分。 压阻:压阻传感器可以将外力转换成电阻的变化(与施加压力的平方根成正比),进而可以方便地用电学测试系统间接探测外力变化。而导电物质间导电路径的变化是获得压阻传感信号的常见机理。由于其简单的设备和信号读出机制,这类传感器得到广泛应用。 电容:电容是衡量平行板间容纳电荷能力的物理量。传统的电容传感器通过改变正对面积s和平行板间距d来探测不同的力,例如压力,剪切力等。电容式传感器的主要优势在于其对力的敏感性强,可以实现低能耗检测微小的静态力。鲍哲楠等在弹性基底上制备了电容型透明可拉伸的碳纳米管传感器,对压力和拉力同时有响应。 压电:压电材料是指在机械压力下可以产生电荷的特殊材料。这种压电特性是由存在的电偶极矩导致的。 电偶极矩的获得是靠取向的非中心对称晶体结构变形,或者孔中持续存在电荷的多孔驻极体。压电系数是衡量压电材料能量转换效率的物理量,压电系数越高,能量转换的效率就越高。高灵敏,快速响应和高压电系数的压电材料被广泛应用于将压力转换为电信号的传感器。
2.2.柔性可穿戴电子的常用材料 有机材料:典型的场效应晶体管是由源极、漏极、栅极、介电层和半导体层五部分构成。根据多数载流子的类型可以分为p型(空穴)场效应晶体管和 n 型(电子)场效应晶体管。传统上用于场效应晶体管研究p型聚合物材料主要是噻吩类聚合物,其中最为成功的例子便是聚(3-己基噻吩)(P3HT)体系。萘四酰亚二胺(NDI)和苝四酰亚二胺(PDI)显示了良好的 n型场效应性能,是研究最为广泛的n型半导体材料,被广泛应用于小分子n型场效应晶体管当中。通常晶体管参数有载流子迁移率、运行电压和开/关电流比等。与无机半导体结构相比,有机场效应晶体管(OFET)具有柔性高和制备成本低的优点, 但也有载流子迁移率低和操作电压大的缺点。 近来, 鲍哲楠等设计了一种具有更高噪声限度的逻辑电路。通过优化掺杂厚度或浓度,基于n型和 p 型碳纳米管晶体管的设计可用来调节阈值电压。 碳材料:柔性可穿戴电子传感器常用的碳材料有碳纳米管和石墨烯等。碳纳米管具有结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔大小可通过合成工艺加以控制,比表面利用率可达 100%的特点。 石墨烯具有轻薄透明,导电导热性好等特点。在传感技术、移动通讯、信息技术和电在碳纳米管的应用上,Chu等利用多臂碳纳米管和银复合并通过印刷方式得到的导电聚合物传感器,在 140%的拉伸下,导电性仍然高达20 S•cm-1在碳纳米管和石墨烯的综合应用上,Lee 等制备了可以高度拉伸的透明场效应晶体管,其结合了石墨烯/单壁碳纳米管电极和具有褶皱的无机介电层单壁碳纳米管网格通道。由于存在褶皱的氧化铝介电层,在超过一千次20%幅度的拉伸-舒张循环下,没有漏极电流变化,显示出了很好的可持续性。 2.3.柔性电子传感器的印刷制造
与传统自上而下的光刻技术相比, 印刷电子技术拥有弯曲与拉伸性好、可以在柔性基底大规模制备、加工设备简单、成本低和污染小等优点。 通过调控墨水、基材等打印条件,成功制备了一系列特殊结构和图案: 利用“咖啡环”现象制备线宽可达5 μm的金属纳米粒子图案;提出了一种通过控制液膜破裂实现了多种纳米粒子大面积精确组装的普适方法,这种新型图案化技术可以简便地进行纳米粒子微、纳米尺度图案的精确组装, 可以通过“印刷”方式大面积制备纳米粒子组装的精细图案和功能器件,乃至实现单个纳米粒子的组装与图案化;通过喷墨打印技术构筑微米尺度的电极图案作为“模板”,控制纳米材料的组装过程成功制备了最高精度可达30 nm的图案,并实现了柔性电路的应用。这种新型的图案化技术非常简便地实现了功能纳米材料的微纳米精确图案化组装,在过程中完全避免了传统的光刻工艺,这种“全增材制造”的方法通过“先打印,再印刷”的方式,能够大面积制备纳米材料组装的精细图案和功能器件;利用特殊图案化硅柱阵列为模板制备了周期与振幅可控的曲线阵列,真空蒸镀上金电极,得到对微小形变有稳定电阻变化的传感器芯片。
2.4.可穿戴传感器的应用 可穿戴传感器除了具有压力传感功能,还具有现实和潜在应用的多种功能,体温和脉搏检测、表情识别和运动监测等。 温度检测:人体皮肤对温度的感知帮助人们维持体内外的热量平衡。电子皮肤的概念最早由 Rogers 等提出,由多功能二极管、无线功率线圈和射频发生器等部件组成。这样的表皮电子对温度和热导率的变化非常敏感,可以评价人体生理特征的变化,比如皮肤含水量,组织热导率,血流量状态和伤口修复过程。为了提高空间分辨率、信噪比和响应速度,有源矩阵设计成为了最优选择之一。Ha等制备了包含单壁碳纳米管薄膜晶体管的,可拉伸的聚苯胺纳米纤维温度传感器有源矩阵。其展示了 1.0%•℃-1的高电阻灵敏性,在15到45 ℃范围内得到了1.8 s 的响应时间,在双向拉伸 30%下依然保持稳定。 脉搏检测:可穿戴个人健康监护系统被广泛认为是下一代健康监护技术的核心解决方案。监护设备不断地感知、获取、分析和存储大量人体日常活动中的生理数据,为人体的健康状况提供必要的、准确的和长期的评估和反馈。在脉搏监测领域,可穿戴传感器具有以下应用优势: (1)在不影响人体运动状态的前提下长时间的采集人体日常心电数据,实时的传输至监护终端进行分析处理; (2)数据通过无线电波进行传输,免除了复杂的连线。可以粘附在皮肤表面的电学矩阵在非植入健康监测方面具有明显优势,而且超轻超薄,利于携带。最近,鲍哲楠等发展了一种基于微毛结构的柔性压力传感器(见图6)。这种传感器对信号的放大作用很强。 通过传感器与不规则表皮的有效接触最大化,观察到了大约12倍的信噪比增强。另外,这种 PDMS 的微毛结构表面层提供了生物兼容性的非植入皮肤共形附着。最后,这种便携式的传感器可以无线传输信号, 即使微弱的深层颈内静脉搏动也可以获取到。
三:总结 通过目前所收集到的资料和导师的指导,针对于可穿戴设备和传感器这一方面,我觉得我们可以做一个能实时准确地监控人的脉搏检查人体健康的产品。