传感新品
【南京大学:高灵敏度和高线性度的可拉伸应变传感器的分层结构设计】
可穿戴设备可实时监测人体的生理信号,温度传感能够及时发现人体潜在的病变可能,预防、监测、并跟踪治疗后的恢复进展,在医疗与健康领域具有重要意义。离子水凝胶材料具有优异的生物相容性和人体安全性,是柔性可穿戴设备的重要材料之一,离子运动对温度有强烈依赖性,可用于研制高性能温度传感器。仿生离子水凝胶传感器为医疗保健、人工假体和医疗诊断等生物用途构建一致的信号传输接口,在信号监测、人机界面等方面发挥显著作用。然而,可穿戴器件在工作时可能会承受佩戴部位的形变或外界的力作用,因此,仍然需要发展具有韧性的、耐用的水凝胶传感器,使柔性水凝胶可穿戴设备适应外部复杂应力环境。
南京大学的潘力佳和施毅研究团队报道了基于聚丙烯酰胺-海藻酸钠(PAAm-SA)离子水凝胶的柔性温度传感器,通过PAAm-SA双交联网络使水凝胶材料具有高的韧性。研究了离子水凝胶中影响离子迁移率的因素,如离子尺寸、温度、电压等。PAAm-SA水凝胶以离子导电为主,研究发现水凝胶中的离子活化能与离子尺寸有关,离子直径越大,活化能越大,离子导电性对温度的依赖性越大。并基于离子迁移对温度的依赖性制备了温度传感器。实现了低回滞、高鲁棒性的温敏特性。
离子导电性
温度传感与可穿戴应用
该团队采用了紫外共聚法制备离子温度传感器,水凝胶器件得到了完好的封装,极大地减少了水凝胶脱水对温度响应的影响,增大温度响应范围(22-100℃),快速的温度响应速度(响应40℃仅需2.02秒),同时使得传感器具有较低的回滞(~2.93%)及对外加应力较高的鲁棒性,承受2000次循环压缩后对 温度的响应几乎没有衰减。
研究者制备了0.15mm-1分辨率的温度传感器阵列,实现了对小区域内温度分布的识别。通过微纳加工工艺制备了5×5温度传感器阵列,薄的聚对苯封装层设计让温度能快速传导到器件,并在器件阵列引入了微气隙结构,利用不同材料的导热率差异(水有较高的热导率而空气则较低),有效降低了传感器像素之间的热串扰,增强了温度分布检测的准确性,从而能够识别手指指尖的温度分布,并勾勒出手腕处血管路径的形状。该团队将该水凝胶温度传感器用于可穿戴设备的应用,有效检测了人体不同部位的温度,并能够实时监测人体的呼吸。
该团队报道的基于双交联水凝胶的柔性温度传感器及其阵列,为离子聚合物传感器的可穿戴产品提供了新策略。
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