导电水凝胶在柔性可穿戴传感器的应用研究进展

目的 概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法 查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论 导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。     

基于静电纺纳米纤维的柔性可穿戴压力传感器的研究进展EI北大核心

柔性可穿戴压力传感器具有舒适性高、可编织性强以及可模仿人类皮肤对外界刺激做出敏锐的感知和响应等独特性能,可作为人工电子皮肤被广泛应用于医疗检测、疾病诊断、人体运动跟踪以及健康监测等领域。近年来,基于柔性可穿戴压力传感器的设计、构筑、性能探究和开发受到研究者的广泛关注。利用静电纺丝法制得的纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、易于功能化改性等优点,使其在柔性传感器构筑领域展现出极大的应用潜力。基于此,本文对静电纺纳米纤维在柔性可穿戴压力传感器方面的研究及进展进行了综述。简要介绍了可穿戴压力传感器的特点,阐述了静电纺丝技术及静电纺纳米纤维在制备柔性可穿戴压力传感器方面的优势,重点讨论了基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器在不同领域的研究应用,最后对低成本制造具有高分辨率、高灵敏度、精确的响应性的基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器研究做了总结和展望。     

柔性可穿戴电子应变传感器的研究进展

柔性可穿戴电子应变传感器因可承受力学形变、质轻及实时监测等优点,是柔性电子领域的研究热点之一,本文从材料选择、器件结构、传感原理、疲劳失效及数值模拟等方面进行了综述。应变传感器的力电转化效率与寿命从本质上取决于导电网络演变和功能层/基底界面,需综合衡量材料的导电性和浸润性等属性,提高其传感性能。功能层结构分为螺旋、褶皱、编织、多孔及仿生五类。传感原理包括压阻、电容及压电式,其中压阻式分为断开机制、裂纹扩展及量子隧道效应。疲劳特性研究表明,交变应力会导致功能层屈曲、开裂及脱落。利用官能团改性、构建三维自交联阵列、引入拓扑结构及形成有序纳米晶畴可改善器件服役行为。疲劳失效模型归纳为拉、弯及扭转形式,在此基础上讨论了模型建立原则、力学本构关系及寿命预测精度。结合数值模拟和应变传递理论构建等效导电路径模型可揭示传感过程中的形态变化、应变分布及界面作用,实现对外界刺激的精准测量。下一步应从基底热力学稳定性、极端条件下服役行为、力电转换机制及穿戴舒适性等方面深入探究,为构建综合性能良好的传感器奠定基础。     

基于离子液体电解质的柔性电化学O2传感器性能研究

氧气是人类和其他大部分生命体赖以生存的物质基础,环境中过低和过高的氧气浓度都会影响人的身体健康,甚至危及生命安全。因此,针对未知环境空气中氧气浓度的监测对于保障作业人员的生命安全尤为必要。近年来,随着智能穿戴产业的迅速发展,柔性氧气传感器由于结构适应性强、可共形设计以及轻量等特点越来越受到学术界与产业界的关注。本工作采用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIM]PF₆离子液体作为电解质,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为柔性衬底,通过蒸镀金电极并采用柔性封装工艺,制备了一种柔性电化学氧气传感器,并系统研究了其应用性能。所制备的氧气传感器在0%～60%的氧气浓度范围内表现出了良好的线性度(R²=0.974)、T₉₀响应时间(约为20 s)、灵敏度(0.534)。该柔性电化学氧气传感器在智能穿戴、工业安防等领域显示出广阔的应用前景。     

可穿戴热电发电器的研究进展

人体的能量大部分以热量的形式释放,其与外界的温差平均约5～30℃,因此体热可以很好地作为热电发电器的热源。与传统发电器相比,可穿戴热电发电器将人体所散发的低品位热量转化为有效电能,有可能为一些功率要求小于毫瓦级的无线传感器节点提供足够的能量,同时还具备无污染、轻便、稳定等特性,因此越来越受到关注。目前柔性可穿戴热电发电器的研究主要聚焦基于块体型热电材料、基于薄膜状型热电材料和基于纺织织物型热电材料的三大类热电发电器。其中,块体型热电发电器的输出功率一般为每平方厘米几十微瓦,热电臂材料主要为室温热电性能较高的碲化铋基合金,研究重点在于提升这类器件的输出性能和柔性。薄膜型热电发电器的输出功率一般在每平方厘米纳瓦和微瓦之间,按结构可分为水平型和垂直型,常见的水平型器件包含串联型、堆积与卷起型和折叠型,通常会产生较大的输出电压;而垂直型器件单位面积的热电臂对数增多,会产生较大的功率密度。纺织织物型热电发电器输出功率较小,但是具有优良的拉伸、弯曲和面内剪切性能,可以适应3D变形,更适合在弯曲的人体皮肤表面收集热量。本文综述了以上三大类主流的柔性可穿戴热电发电器的研究状况,并从设计、结构和性能方面...     

3D打印柔性可穿戴锂离子电池

利用挤出式3D打印技术制备纺织物结构的自支撑柔性锂离子电池电极的新方法,并采用高浓度的聚偏氟乙烯(PVDF)作为黏度调节剂、碳纳米管(CNT)作为导电剂、磷酸铁锂或钛酸锂作为电极活性材料,配制了具有可打印性的"墨水",其表观黏度接近105Pa·s,该"墨水"表现出明显的剪切变稀行为,同时存储模量平台值也高达105Pa,其优异的流变学性质对于打印和固化过程十分有利。电化学测试结果表明,两种打印电极具有稳定且十分匹配的充放电比容量,因此由二者组装的软包袋装全电池也具有高达~108mAh·g^-1的放电比容量(50mA·g^-1),弯曲后,在同样的电流密度下其放电比容量约为111mAh·g^-1。     

基于微结构的柔性压力传感器设计、制备及性能

随着科技的快速发展,电子皮肤和柔性可穿戴设备由于在人体运动、健康监测、智能机器人等领域具有重要应用而引起了人们广泛的关注。传统的基于贵金属或金属氧化物半导体的压力传感器成本高、柔韧性差,而新型的基于微结构的柔性压力传感器具有灵敏度高、应变范围宽、低成本、低功耗、响应速度快等优势,在电子皮肤和柔性可穿戴设备等方面发挥重要作用,成为当前柔性电子材料与器件主要研究热点之一。本文系统总结了近年来颇受关注的基于金字塔形、微球形、微柱形、仿生结构、褶皱等不同柔性基底微结构和多孔导电聚合物材料的柔性压力传感器在材料选择、结构设计、制备方法、传感性能等方面取得的重要进展,并对柔性压力传感器的未来发展进行了展望。     

海绵基压阻式柔性应变传感器的研究进展

随着可穿戴智能设备的快速发展,传统刚性应变传感器已无法满足可穿戴技术对高应变的检测要求,迫切需要发展新型的柔性应变传感器.基于聚合物和纳米导电材料组成的海绵基压阻式应变传感器,具有质轻、柔韧性好、可拉伸、制作简单、成本较低等显著特点,文中从基底材料的角度综述了近年来以聚氨酯海绵、石墨烯海绵、聚二甲基硅氧烷海绵等为基底的...     

微流控纺丝技术及多元结构微流控纤维柔性可穿戴应用

微流控纺丝技术融合了微流控技术和纺丝技术的优点,可设计制备常规纺丝技术难以实现的复杂结构微纤维。通过对微尺度流体流动的精确调控及利用微通道内流体的层流流动特性,微流控纺丝技术制备的多元结构功能微纤维在生物医学、柔性电子、分析化学等领域具有广泛应用。本文系统介绍了微流控纺丝技术的纺丝装置及固化机制,综述了实心/多孔纤维、中空/核壳纤维、Janus/双组分/多组分纤维、纺锤状纤维、螺旋纤维等多元结构纤维的制备方法、结构特点及其在柔性可穿戴中的应用,最后分析了微流控纺丝技术在制备微纤维中的优势与不足,并对微流控纺丝技术的应用前景进行展望。     

超疏水柔性应变传感器在人体运动监测中的研究进展

柔性应变传感器是一种将外界应力变化转变为电信号的设备,它克服了传统刚性传感器硬度大、人体适应性差等缺点,作为一种可穿戴设备在人体运动监测领域有很大发展前景。但在恶劣条件或极端环境下使用仍然存在信号输出失真、易被腐蚀等风险。超疏水柔性应变传感器将超疏水涂层的拒水、表面自清洁、防腐抗污与柔性应变传感器的高延展性、高灵敏度等优势相结合,增强了传感器的性能并拓宽了在人体运动监测等方面的应用。本文综述了超疏水柔性应变传感器的基本性能参数、常用的构建材料与构建方法及其在人体运动监测中的功能与应用,并对该领域做出展望。     

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。     

柔性可拉伸硅橡胶@多壁碳纳米管/硅橡胶可穿戴应变传感纤维

基于核-壳结构设计,采用简便、低成本的浸涂-固化法制得柔性、可拉伸、高灵敏且稳定的聚二甲基硅氧烷硅橡胶@多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷硅橡胶(PDMS@MWCNTs/PDMS)压阻式应变传感纤维。通过FTIR、XRD、TG、TEM对硅烷偶联剂改性多壁碳纳米管(MWCNTs-KH570)的化学结构、热稳定性和微观形貌进行了分析,深入研究了核-壳结构与MWCNTs-KH570质量分数对PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维导电性能、传感性能及力学性能的影响规律与机制。结果表明:羟基化MWCNTs(MWCNTs—OH)表面接枝KH570使其在壳层PDMS基体中具有良好的分散性和界面相互作用;核-壳结构的设计使PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维在低填充下具有高电导率和传感性能;PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维的导电性能与传感性能随着MWCNTs-KH570质量分数增加而提高,且在人体关节运动监测中表现出良好的可重复性和工作稳定性。      

面向记忆障碍老人的智能可穿戴产品概念设计

记忆障碍症患者饱受记忆问题困扰,而传统的药物和人工护理成本高,本文从设计角度介入,设计了针对该问题的非药物式智能可穿戴概念产品。作者们通过调查和访谈了解用户的需求并明确设计定位,在硬件设计上采用情感化设计理念提升产品的适老性;在软件设计上分析了产品的交互模型、功能模型和信息架构,为辅助记忆障碍症患者独立完成日常生活事务和防范安全风险提供一种解决思路,同时也为相关产品设计研究者提供参考。     

用于可穿戴智能纺织品的复合导电纤维研究进展

智能可穿戴领域是一个集多学科多门类的交叉研究领域,近年来备受各界学者关注.导电纤维作为智能可穿戴设备的枢纽,因其优异的力学性能、突出的电学和光学等功能特性,在智能可穿戴领域具有广阔的应用前景,并成为研究热点.针对目前研究学者对于可应用在柔性智能可穿戴纺织品中导电纤维的研究进展情况,系统地综述了导电纤维(包括金属导电纤维...     

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展EI北大核心CSCD

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。     

基于石墨烯电化学传感器的研究进展

石墨烯由于其独特的性质,在生物及化学检测中的应用日益增多,介绍了石墨烯和功能化石墨烯的性质,着重介绍了近几年基于石墨烯材料的电化学传感器的应用,如各种离子传感器、气体传感器和生物传感器的研究进展及在环境监测、医疗诊断、食品安全等方面的应用,并对石墨烯材料在电化学领域的发展方向和应用前景进行了展望。     

苏州纳米所可穿戴柔性仿生纳米传感器研究获进展

正柔性仿生传感器是一种用于实现仿人类感知功能(触觉、嗅觉、味觉、听觉、视觉等)的人造柔性电子器件。近年来,随着柔性电子学的发展,由于其在消费电子市场、军事、医疗健康等电子信息产业领域表现出了极大的应用     

光电化学传感器及其在生物分析中的应用研究进展

光电化学传感器是近年来发展起来的一种基于化学或生物识别过程的分析设备,因具有响应快速、灵敏度高、设备简单、价格低廉且易于微型化等优点,在生命分析和环境分析等领域受到了广泛关注。首先介绍了光电化学传感器的基本原理、分类及用于构建该类传感器的光电活性纳米材料,在此基础上进一步综述了光电化学传感器在生物分析中的应用,如用于DNA检测、免疫传感及酶分析等。