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庄松林院士团队在柔性可穿戴传感器研究方面取得新进展

2022-02-172243编辑:摄影:

柔性可穿戴传感器可用于检测生命体征或作为电子皮肤,在人工智能、生物医学领域具有巨大的应用潜力,上海理工大学超精密光学制造团队盛斌副教授领导的柔性器件研究小组在柔性可穿戴传感器研究方面取得系列研究成果,已在《传感器与执行器B:化学》(Sensors and Actuators B: Chemical)、《软物质》(Soft Matter)、《纳米尺度》(Nanoscale)、《美国化学学会应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)等国际期刊发表多篇高水平学术论文。近日该研究团队以《一种用于压力、湿度和温度传感的隧道裂纹展宽增敏导电海绵》(Improved sensitive conductive sponge sensors with tunnel-crack broadening for pressure, humidity and temperature sensing application)为题发表于国际权威传感器学术刊物《传感器与执行器B:化学》(化学大区1区,影响因子7.460)上,2019级硕士研究生佟健豪为第一作者,盛斌副教授为通讯作者。

该研究提出了一种简单酸蚀扩展三维导电海绵纳米裂纹宽度的新方法,可显著提高传感器压力、湿度和温度传感的灵敏度。研究者首先在柔性聚氨酯海绵上采用离子溅射法制备镍导电海绵样品,然后进行机械压缩和酸蚀,从而进一步提高传感灵敏度,并指明了传感器宏观电阻变化与平均纳米裂缝宽度变化之比(ΔR/Δd)以及隧道初始裂缝宽度近似成指数关系的工作规律。柔性传感器对压力、湿度及温度等参数均表现高敏感性,其压阻灵敏度为257.5 kPa-1,提升幅度是未酸蚀样品的3000倍以上;同样,简单的酸蚀作用可以使湿度和温度灵敏度分别提高46000倍(69.96 kΩ/1%RH)和41(TCR=1.770 C-1)。

 

纳米裂纹增敏柔性传感器的制备工艺及工作原理

 

该柔性传感器在宽工作范围内具有高灵敏度以及超低检测极限,可以对包括脉搏、呼吸、出汗等不同生理信号进行实时监测,并可应用于智能开关、电子皮肤等智能设备。传感器更高的灵敏度可以实现对生理信号更高的监测精度,发现更小的信号波动从而可以对信号进行更精细地判断和匹配,进一步提升可穿戴传感器的监测准确性。同时,该多功能柔性传感器经过组合和处理后可以进一步提高传感器集成度、降低制作成本,有助于实时监测人体健康状况,具备广阔的应用潜力。


新型多功能柔性传感器的应用举例

 

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论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400522001393

 

供稿:光电学院