面向汗液的可穿戴柔性电化学传感器研究进展EICSCD

汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文阐述了可穿戴汗液传感器集成结构中基底、集汗、传感、电源和决策五大模块,着重强调了纳米结构(如金属基、碳基等材料)在电化学传感敏感材料中表现出的优异性能及应用,最后讨论了可穿戴汗液传感器在微量汗液收集及多参数传感中物理化学变量的可变性等方面存在的挑战。针对汗液收集和实时校准两个关键问题,提出可穿戴汗液传感未来发展方向包括仿生微流控技术和多参数反馈调控方法,实现微量汗液高效收集及精确检测,将有效推动汗液传感在慢性重大疾病实时预警的应用和发展。     

基于聚丙烯酰胺有机凝胶的柔性可变色应变传感器

柔性应变传感器在可穿戴医疗设备、电子皮肤等领域具有广泛的应用前景,然而传统柔性应变传感器只能输出电信号,缺乏对应力应变的直接可视化响应,限制了其在应力预警、健康监测等方面的应用。本文以柔性透明银纳米线(Silver nanowire,AgNW)/硅橡胶薄膜为电极,以浸渍有机电致变色染料和锂离子的聚丙烯酰胺有机凝胶(Polyacrylamide,PAAm)为变色单元,成功制备了一种具有三明治结构的柔性可变色应变传感器。研究结果表明,该PAAm传感器具有优异的拉伸和压缩回弹性及中等应变响应性能(响应灵敏度为0.7),此外它可在外力作用下产生颜色变化,实现对应变的可视化响应。该传感器在交互式可穿戴设备、电子皮肤、防伪、人工假肢和智能机器人等方面具有广阔的应用前景。     

柔性纳米复合材料压阻式应变传感器的研究进展

柔性纳米复合材料,由于其优异的传感性能、良好的延展性,在压阻式应变传感器方面,受到研究者们不断的关注,主要应用于智能可穿戴,结构健康监测等领域.本文主要从结构设计、制备方法、应用前景三方面,综述了近年来国内外对复合材料压阻式应变传感器在材料选取及结构设计下传感器性能的研究成果及研究进展.首先分析了压阻式传感器的性能参数...     

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。     

碳基柔性电阻式应变传感器的研究进展

碳基柔性电阻式应变传感器凭借其结构简单、设计灵活、潜在可量产化和综合传感性能优异等特点,在可穿戴柔性电子领域获得了广泛应用。根据不同碳基柔性电阻式应变传感器的应用现状,介绍了炭黑基、碳纳米管基和石墨烯基三种柔性电阻式应变传感器的制备、性能及应用研究。针对碳纳米管基和石墨烯基柔性电阻式应变传感器,按照碳纳米材料宏观结构的组装形式进行了分类(一维纤维或纱线、二维薄膜或织物和三维块体)综述。     

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...     

压阻式柔性应变传感器研究进展

在信息时代,传感器已渗透到各个领域。压阻式柔性应变传感器因其优良的柔韧性、可拉伸/弯曲性以及在异形物体表面的“随形”贴合性,在智能穿戴、人机交互、结构服役过程监测等领域发挥了重要作用。压阻式柔性应变传感器一般有填充式、夹层式和吸附式三种结构,三种结构在制备复杂程度、重复性及传感性能等方面均有差异。研究者们多采用传统方法实现结构构筑,但传统方法普遍存在操作复杂、成本高、重复性差等问题,而采用新兴的3D打印技术可以高效、高精度、可重复地构筑传感结构,赋予了传感器更大的发展空间。在构筑压阻式柔性应变传感器时需采用柔性基体材料和导电填料,构筑得到的传感器主要有裂纹扩展、导电网络断开和隧穿效应三种传感机制,传感机制的形成与传感器的微观结构和材料有关。另外,压阻式柔性应变传感器的传感性能通常通过灵敏度、传感范围、耐久性等参数来表征,而如何兼具多项优异性能是目前的研究热点。同时,压阻式柔性应变传感器的配套器件和技术是限制其发展的主要因素,尤其是在供电和信号传输方面。本文归纳了压阻式柔性应变传感器在材料选择、结构构筑、机理探索、性能优化、应用开发等方面的研究进展,分析了压阻式柔性应变传感器目前所面临的...     

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。     

基于离子交联复合水凝胶的易制备、高性能的可穿戴应变传感器

可响应多种机械激励模式且具有较高灵敏度的柔性传感器在电子皮肤、健康监测等领域具有重要意义.而模仿皮肤的多信号响应,如应变和温度,仍然是一个重要的挑战.因此,本文设计了具有韧性与导电性的多功能离子交联水凝胶.通过将丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵交联,可制备出具有高力学强度特性的化学凝胶,交联时加入Ca^(...     

全印制柔性应变传感器的原理与智能包装应用

目的随着可穿戴电子技术的快速发展,因具有较高的传感系数,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人领域得到了广泛关注,但如何降低其制造成本成为一种挑战。近年来,印刷电子技术的快速发展推动了柔性应变传感器的发展,并逐渐在一些新的领域得到应用,尤其是智能包装领域。方法结合课题组在全印制应变传感器方面的研究进展,对柔性传感器的原理、印刷制造方法和主要应用进行综述。结论大量的研究表明,印刷柔性应变传感器已经开始应用于智能包装中,利用印刷电子技术制造智能包装也有利于降低其制造成本,推动其走向实际应用。     

网格式柔性应变传感器的制备及应用

鉴于柔性应变传感器在人体运动监测、健康监测等领域的广泛应用,设计出兼具高灵敏度和大应变范围的柔性应变传感器具有重要的意义。本文基于Ecoflex-石墨烯复合材料,通过模板法制备了四边形和六边形网格式柔性应变传感器。通过对比两种不同网格结构传感器的应变范围与拉伸断裂极限,发现六边形网格柔性应变传感器的综合性能更优异,并在80%应变条件下进行拉伸/释放疲劳寿命检测,此传感器表现出良好的可靠性,同时该传感器在手肘关节运动和人体不同呼吸状况监测方面表现良好。将六边形网格柔性应变传感器组合构建多通道检测系统,实现了多种手势识别,这在人工智能和运动识别领域具有广阔的市场应用前景。     

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。      

一种抗冻、可拉伸有机水凝胶的制备及 在柔性应变传感器中的应用

针对导电水凝胶柔性应变传感器在低温环境容易被冻结而发生失效的问题,通过溶剂置换策略制备了一种抗冻、可拉伸的聚多巴胺还原氧化石墨烯/海藻酸钠/聚丙烯酰胺（PDA-rGO/SA/PAM）有机水凝胶。实验结果表明：制得的有机水凝胶具有优异的抗冻性能、良好的机械性能以及灵敏的传感性能。此外,组装的有机水凝胶柔性应变传感器可以检测多种人体运动形式,例如手指弯曲、手腕弯曲、面部微表情等,对未来可穿戴柔性电子产品的发展起到了一定的推动作用。     

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。     

基于结构多尺度模拟和分析的大跨斜拉桥应变监测传感器优化布置研究

该文以润扬大桥斜拉桥钢箱梁结构为研究对象,针对结构安全评估为目标的大跨桥梁结构健康监测系统中应变传感器的优化布置问题,提出了一个基于桥梁结构多尺度模拟和结构响应分析结果进行应变传感器优化布置的方法。通过斜拉桥脊骨梁模型来研究确定钢箱梁的关键截面,通过子模型方法实现钢箱梁结构的多尺度模拟和从结构整体到主要局部构件中的应力状态分析,据此进一步分析和确定斜拉桥健康监测系统中钢箱梁结构应变传感器的安装位置,并用在润扬斜拉桥上进行的静动载试验的测试结果验证了结构整体与局部响应分析结果,从而间接验证了应变传感器优化布置结果的正确性。     

基于层层自组装纳米碳管薄膜的应变传感器

以层层自组装单壁碳纳米管网状薄膜为敏感材料,在柔性基底上制作了应变传感器,并对薄膜和器件性能进行了测试。测试结果表明:薄膜组装均匀,电导性良好,电阻随组装层数增加呈指数态下降;器件对应变呈现较好的敏感特性、线性响应和可恢复性,灵敏度为4.25;通过添加防护层屏蔽外界湿度及光照影响,传感器稳定性显著提高。该传感器可用于弯曲表面的应力应变检测。     

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。     

电阻式柔性触觉传感器的研究进展

电阻式柔性触觉传感器具有柔韧灵敏、简单可靠、检测范围广、易于集成化等特点,在触觉感知、人机交互、医疗健康等传感应用领域占据着极其重要的地位,具有广阔的应用前景。随着电阻式柔性触觉传感器的发展,其制备技术和结构设计愈加精密成熟,3D打印技术的应用以及各类微结构的设计使传感器柔韧性和灵敏性得到了极大的提高。然而,目前高性能电阻式柔性触觉传感器的制作工艺仍旧十分复杂,严重限制了其批量生产的能力。再加上电阻式柔性触觉传感器不能实现剪裁拼接、高效低耗等功能,因而无法满足人们对其大面积覆盖和高密度触觉感知的期望。此外,就性能而言,电阻式柔性触觉传感器也难以实现高柔与高敏的兼顾效果,在传感上仍有局限性。为了解决这些难点,众多国际学者在柔性衬底材料、导电敏感材料的选择,以及敏感单元、阵列结构的设计上进行了大量的研究,搭建电子皮肤触觉感知系统。如今,电阻式柔性触觉传感器已经朝着微型化、集成化、自愈合、自清洁、生物适应、生物降解、神经接口控制等方向发展,并在多功能传感上取得了卓越成果。本文首先介绍了电阻式柔性触觉传感器的检测原理和性能指标,然后从材料选择、结构设计和性能优化方面概述了电阻式柔性触觉传感器的...     

增韧抗冻水凝胶柔性应变传感器研究进展

水凝胶作为一种结构与生物组织类似的柔性材料,被广泛地应用在柔性传感器等领域。但其内部含水量较大导致力学性能较差,且在低温环境下易结冰失效。本文从增韧机理、抗冻方法以及疲劳特性等方面对增韧抗冻水凝胶进行了综述。首先,对不同增韧机理水凝胶的力学性能以及内部结构进行了对比;其次,讨论了低温环境下水凝胶的抗冻方法;最后,总结了水凝胶在长时间静态或循环加载情况下的疲劳损伤特性。未来应致力于增加水凝胶的保水抗冻性能,深入研究水凝胶疲劳失效机理,以期为耐低温、抗疲劳水凝胶传感器的应用提供理论基础。