淺談柔性可穿戴電子傳感器的三大關鍵部分

2020-12-05 電子發燒友

淺談柔性可穿戴電子傳感器的三大關鍵部分

工程師3 發表於 2018-05-11 10:58:00

隨著資訊時代的應用需求越來越高，對被測量信息的範圍、 精度和穩定情況等各性能參數的期望值和理想化要求逐步提高。針對特殊環境與特殊信號下氣體 、壓力 、溼 度的測量需求，普通傳感器已經遠遠不能滿足需求。市場是永遠不缺探索者的。於是科研人員紛紛投身開發新材料 、新工藝和開發新型傳感器；實現傳感器的集成化和智能化；實現傳感技術硬體系統與元器件的微小型化；與其它學科的交叉整合的傳感器。同時 ， 希望傳感器還能夠具有透明、柔韌 、延展 、可自由彎曲甚至摺疊 、便於攜帶、可穿戴等特點 。隨著柔性基質材料的發展，滿足上述各類趨勢特點的柔性傳感器在此基礎上應運而生 。

目前柔性傳感器領域最熱門就是柔性可穿戴電子傳感器。例如利用電子皮膚向大腦傳遞皮膚觸覺信息，利用三維微電極實現大腦皮層控制假肢，利用人工耳蝸恢復病人聽力等。

下面小編就和你聊一聊柔性可穿戴電子傳感器技術的核心部門。有效地將外部刺激轉化為電信號是柔性可穿戴電子傳感器監測身體健康狀況的關鍵技術。柔性可穿戴電子傳感器的信號轉換機制主要分為壓阻、電容和壓電三大部分。

壓阻

壓阻傳感器可以將外力轉換成電阻的變化（與施加壓力的平方根成正比），進而可以方便地用電學測試系統間接探測外力變化。而導電物質間導電路徑的變化是獲得壓阻傳感信號的常見機理。由於其簡單的設備和信號讀出機制，這類傳感器得到廣泛應用。程文龍等發展了一種簡單實用的高靈敏壓阻傳感器，其在彈性基底上構築了金納米線薄層和電極陣列。這種器件具有 13～50000 Pa寬的檢測範圍。為了增強靈敏性，實現對接觸力的掃描，鮑哲楠等利用具有錐狀微結構的壓阻傳感器製備了一種可以向大腦傳遞觸覺信息的電子皮膚。

電容

容是衡量平行板間容納電荷能力的物理量。傳統的電容傳感器通過改變正對面積s和平行板間距d來探測不同的力,例如壓力，剪切力等。電容式傳感器的主要優勢在於其對力的敏感性強,可以實現低能耗檢測微小的靜態力。鮑哲楠等在彈性基底上製備了電容型透明可拉伸的碳納米管傳感器,對壓力和拉力同時有響應。

壓電

壓電材料是指在機械壓力下可以產生電荷的特殊材料。這種壓電特性是由存在的電偶極矩導致的。 電偶極矩的獲得是靠取向的非中心對稱晶體結構變形，或者孔中持續存在電荷的多孔駐極體。壓電係數是衡量壓電材料能量轉換效率的物理量，壓電係數越高，能量轉換的效率就越高。高靈敏，快速響應和高壓電係數的壓電材料被廣泛應用於將壓力轉換為電信號的傳感器。

柔性可穿戴傳感器的應用也非常廣泛，除了具有壓力傳感功能，還具有現實和潛在應用的多種功能，體溫和脈搏檢測、表情識別和運動監測等。

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