河北工大在柔性可穿戴传感器研究方面获得进展

MEMS 2022-05-25 00:00
研究成果一:利用激光直写与嵌段共聚物自组装一步构筑高透气性和高灵敏度的柔性气体传感器
全球空气污染和呼吸系统疾病的急剧增长,对于低成本和规模化制备柔性气体传感器提出更高的要求。传统可穿戴设备通常在高弹性的聚合基底上集成传感材料制备可穿戴传感器件,但是由于基底材料透气性差,会减少空气和皮肤的接触,降低了长期穿戴的舒适性。高性能、高透气性、良好的穿戴舒适性和低成本规模化制备是柔性气体传感器应用发展研究的难点。以透气织物为基底制备气体传感器,为解决这一问题提供了可行思路。同时激光直写技术提供了一种规模化制备多孔石墨烯气敏材料的有效途径。但是如何结合两者的优点,在多种织物基底上一步制备高透气性、高灵敏度的柔性气体传感器,实现低浓度有害气体的长期连续监测仍是一大挑战。
图1 Ag/LIG基透气性气体传感器制备流程与应用示意
河北工业大学杨丽副研究员课题组在《ACS Applied Materials Interfaces》上发表题名为“Intrinsically Breathable and Flexible NO2 Gas Sensors Produced by Laser Direct Writing of Self-Assembled Block Copolymers”的文章,该工作以酚醛树脂为碳源前驱体,嵌段共聚物Pluronic F127(F127)为模板剂,采用激光直写耦合嵌段共聚物定向自组装的方法,在多种衬底(PET薄膜、针织布、无纺布等)上可控制备了多孔激光诱导石墨烯,并实现了孔径的有效调节。采用银纳米粒子(Ag NPs)修饰多孔石墨烯(LIG),设计构建了Ag/LIG基柔性气体传感器,该传感器具备高透气性、良好的柔性与优异的气敏响应特性,并可实现在多种基底材料(织物、柔性薄膜)上的批量化制备(图1)。

图2 传感器气体响应性能

图3 气体智能检测服装


原文链接:

https://doi.org/10.1021/acsami.2c02061

研究成果二:兼具超高灵敏度、宽压力检测范围与可回收性能的MXene/Tissue基柔性压力传感器
近年来,柔性压力传感器在电子皮肤、人机界面、生物医学监测、医疗器械和智能机器人等领域得到了广泛应用。然而,大多数柔性压力传感器无法同时获得高灵敏度与宽的压力检测范围。同时,常用传感器中的关键部件大多是不可生物降解的,这也造成了环境污染问题。所以研制兼具高灵敏度和宽检测范围的低成本绿色环保型柔性压力传感器仍是一大挑战。

图1 柔性纸基压力传感器制备与应用示意


 河北工业大学杨丽副研究员课题组在《ACS Applied Materials Interfaces》上发表了题为“Wearable Pressure Sensors Based on MXene/Tissue Papers for Wireless Human Health Monitoring”的论文,该研究受到国家自然科学基金的支持。纸是一种具有天然纤维多孔特性、柔性环保和可再生的材料,因此该论文基于日常的打印纸作为传感器柔性衬底,将面巾纸浸泡在MXene溶液中构筑多孔超灵敏传感层,制备了三明治结构的柔性压阻式纸基压力传感器(MTP pressure sensor),该传感器兼具超高灵敏度、宽检测范围、绿色环保、可回收与低成本特性,同时与信号处理、无线传输模块集成制备了无线呼气智能检测口罩,可以实时监测由于阿片类药物过量、肺纤维化及其他心肺疾病导致的呼吸异常,实现呼吸疾病的早期预警。

图2 MTP传感器在人体生理信息监测以及运动状态识别中的应用


图3 构建的无线呼吸智能检测系统


原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c22001


延伸阅读:
《印刷和柔性传感器技术及市场-2021版》
《可穿戴技术及市场-2021版》
《电子织物技术及市场趋势-2021版》
《电子皮肤贴片技术及市场-2021版》
《可穿戴传感器技术及市场-2020版》
《医疗柔性电子技术及市场趋势-2020版》
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