可穿戴柔性電子器件,因其柔性/拉伸性、質(zhì)輕、成本低、便攜等特性,被廣泛應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)/人體健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、人機(jī)/腦機(jī)交互以及機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。但目前仍存在靈敏度及響應(yīng)速度較低、檢測(cè)下限較高、檢測(cè)范圍較窄等問(wèn)題,器件基礎(chǔ)性能仍有待提高。同時(shí),在真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景中,其亦存在穩(wěn)定性、抗環(huán)境干擾能力不高,規(guī)模化生產(chǎn)困難等挑戰(zhàn)。要解決這些問(wèn)題,設(shè)計(jì)性能優(yōu)異且多功能的材料體系以及合理的器件結(jié)構(gòu)最為關(guān)鍵。
近年來(lái),中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所陳濤研究員團(tuán)隊(duì)在高性能、多功能可穿戴柔性傳感器件方面取得了階段性的進(jìn)展(ACS Nano, 2019, 3, 4368-4378;Nano Energy, 2019, 59, 422-433;Chem. Mater. 2018, 30, 4343-4354;J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 5140-5147;J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6666-6671)。通過(guò)碳管/石墨烯二維薄膜與PDMS/Ecoflex等彈性體的有效復(fù)合,賦予了器件多重且優(yōu)異的性能,包括超高靈敏度、寬檢測(cè)范圍、低檢測(cè)下限,自粘附功能等,并在器件規(guī);a(chǎn)上進(jìn)行了初步嘗試。
最近,該團(tuán)隊(duì)在J. Mater. Chem. A上報(bào)道了一種自保護(hù)、可重復(fù)使用、高靈敏度的織物傳感器,題為”Self-Protective, Reproducible Textile Sensor with High Performance towards Human-Machine Interaction”(DOI: 10.1039/C9TA10744D)。在該工作中,研究人員針對(duì)織物基傳感器容易受到外界機(jī)械化學(xué)環(huán)境干擾的問(wèn)題,特別是人體表皮的汗液、油脂以及穿戴磨損對(duì)器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用的阻礙,設(shè)計(jì)了一種超疏液、耐磨損、高靈敏度的電子織物(SPRET)。SPRET由三部分材料組成,包括織物基底,以及由通過(guò)化學(xué)鍵等強(qiáng)相互作用穩(wěn)定在織物表面的碳管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和多功能的聚合物涂層(圖1)。其表現(xiàn)出了對(duì)多種日常試劑的排斥,在膠帶磨損以及洗滌試驗(yàn)后其疏液、傳感性能幾乎保持不變(圖2、3),并實(shí)現(xiàn)了在汗液/水環(huán)境下對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的無(wú)損檢測(cè)以及對(duì)機(jī)器人的精準(zhǔn)控制(圖4),以及在機(jī)器人學(xué)習(xí)上進(jìn)行探索,使得堅(jiān)硬的機(jī)器手在抓取脆性的物件如雞蛋時(shí)既能完成抓取任務(wù),又能保證雞蛋不破碎(圖5)。所設(shè)計(jì)的柔性傳感器在長(zhǎng)期、連續(xù)、可靠監(jiān)測(cè)人類行為方面表現(xiàn)出了實(shí)際性的應(yīng)用潛能。
圖1 自保護(hù)、可重復(fù)使用的高靈敏織物傳感器
圖2 SPRET的制備與結(jié)構(gòu)
圖3 SPRET對(duì)磨損、洗滌試驗(yàn)表現(xiàn)出穩(wěn)定的疏液、傳感性能
圖4 SPRET在汗液/水環(huán)境下對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制
圖5 SPRET應(yīng)用于機(jī)器人訓(xùn)練
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(51803226、51573203)、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(QYZDB-SSW-SLH036)、中科院國(guó)際合作局(174433KYSB20170061)等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1039/C9TA10744D
- 香港城市大學(xué)朱平安課題組《Nat. Commun.》:空心液滴“內(nèi)卷”,彈跳活力盡失 2023-09-06
- 香港大學(xué)王立秋教授/山東大學(xué)李加乾研究員《Prog. Mater. Sci.》綜述:自然啟發(fā)的折返結(jié)構(gòu)表面 2023-01-11
- 香港大學(xué)王立秋講座教授團(tuán)隊(duì)《Nat. Commun.》:在液滴輸送領(lǐng)域取得新進(jìn)展 2021-06-02
- 南通大學(xué)馬巖、嚴(yán)雪峰/新加坡國(guó)立大學(xué)Tan Swee Ching、張松林 AFM:仿生多功能刺割防護(hù)紡織品 2023-01-16
- 環(huán)氧樹(shù)脂的防腐蝕與耐磨損性能強(qiáng)化研究 2020-07-07
- 深圳技術(shù)大學(xué)史濟(jì)東等 Carbon:基于石墨烯-納米纖維素復(fù)合薄膜的自修復(fù)應(yīng)變/濕度雙模傳感器的設(shè)計(jì)及在可穿戴呼吸監(jiān)測(cè)的應(yīng)用 2025-05-28
- 西安工程大學(xué)劉呈坤教授團(tuán)隊(duì) AFMs:具備高靈敏度的仿DNA雙螺旋褶皺柔性纖維力學(xué)傳感器用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè) 2025-05-19