柔性可穿戴傳感器可用于檢測(cè)生命體征或作為電子皮膚，在人工智能、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，上海理工大學(xué)超精密光學(xué)制造團(tuán)隊(duì)盛斌副教授領(lǐng)導(dǎo)的柔性器件研究小組在柔性可穿戴傳感器研究方面取得系列研究成果。近日該研究團(tuán)隊(duì)以 “Improved sensitive conductive sponge sensors with tunnel-crack broadening for pressure, humidity and temperature sensing applications”（一種用于壓力、濕度和溫度傳感的隧道裂紋展寬增敏導(dǎo)電海綿）為題發(fā)表于國(guó)際傳感器權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《Sensors and Actuators B : Chemical》（傳感器與執(zhí)行器B: 化學(xué)，化學(xué)大區(qū)1區(qū)，影響因子7.460）上，2019級(jí)碩士研究生佟健豪為第一作者，盛斌副教授為通訊作者。
圖一 納米裂紋增敏柔性傳感器的制備工藝及工作原理
該研究提出了一種簡(jiǎn)單酸蝕擴(kuò)展三維導(dǎo)電海綿納米裂紋寬度的新方法，可顯著提高傳感器壓力、濕度和溫度傳感的靈敏度。研究者首先在柔性聚氨酯海綿上采用離子濺射法制備鎳導(dǎo)電海綿樣品，然后進(jìn)行機(jī)械壓縮和酸蝕，從而進(jìn)一步提高傳感靈敏度，并指明了傳感器宏觀電阻變化與平均納米裂縫寬度變化之比(ΔR/Δd)以及隧道初始裂縫寬度近似成指數(shù)關(guān)系的工作規(guī)律（圖一）。柔性傳感器對(duì)壓力、濕度及溫度等參數(shù)均表現(xiàn)高敏感性，其壓阻靈敏度為257.5 kPa-1，提升幅度是未酸蝕樣品的3000倍以上；同樣，簡(jiǎn)單的酸蝕作用可以使?jié)穸群蜏囟褥`敏度分別提高46000倍(69.96 kΩ/1%RH)和41倍(TCR=1.770 C-1)。
圖二 新型多功能柔性傳感器的應(yīng)用舉例
該柔性傳感器在寬工作范圍內(nèi)具有高靈敏度以及超低檢測(cè)極限，可以對(duì)包括脈搏、呼吸、出汗等不同生理信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（圖二），并可應(yīng)用于智能開關(guān)、電子皮膚等智能設(shè)備。傳感器更高的靈敏度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生理信號(hào)更高的監(jiān)測(cè)精度，發(fā)現(xiàn)更小的信號(hào)波動(dòng)從而可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行更精細(xì)的判斷和匹配，進(jìn)一步的提升可穿戴傳感器的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。同時(shí)，該多功能柔性傳感器經(jīng)過組合和處理后可以進(jìn)一步提高傳感器集成度、降低制作成本，有助于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體健康狀況，具備廣闊的應(yīng)用潛力。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400522001393