智能織物：基於導電織物的防水壓阻式柔性壓力傳感器

開發出高性能的柔性傳感器對於物聯網（IoT）基礎架構的各種應用具有重要意義。對於傳統的柔性壓阻傳感器，大多數工作都集中在改善傳感材料以增強接觸電阻的變化，從而提高靈敏度和工作範圍。但是，要同時獲得在高的壓力區域（> 100 kPa）內具有線性工作範圍並保持可靠靈敏度的柔性傳感器仍然具有挑戰性。

西安電子科技大學Hongcheng Xu , Libo Gao 和Weidong Wang 同香港城市大學Yang Lu 教授課題組在國際期刊Nano-Micro Letters ( IF 12.264 )上發表題為「Flexible Waterproof Piezoresistive Pressure Sensors with Wide Linear Working Range Based on Conductive Fabrics」的研究論文。

本文設計了一種雷射雕刻的鍍銀織物作為「軟」傳感器電極材料，以將柔性傳感器的線性工作範圍顯著提高到800 kPa的水平，靈敏度為6.4 kPa-1 ，同時，其響應時間僅為4毫秒以及長期的耐用性，這是以前很少報導的。

集成化的傳感器成功將脈搏等物理信號通過無線傳輸到可攜式智慧型手機，進一步證明了其作為柔性電子設備的應用潛力。

這項工作通過合理地構建電極，而不僅僅是專注於改善傳感材料的傳感性能，這種設計概念和傳感器構造有望為將來開發更高級的可穿戴電子設備鋪平道路。

柔性傳感器的示意圖。a、一個可穿戴式傳感器，能夠成功監控脈搏頻率，並通過藍牙將信號發送到智慧型手機。b、傳感器結構及其防水特性的示意圖。

柔性傳感器的結構特徵。傳感器單元在硬幣上的數字光學圖像。b、傳感器的詳細結構。c、 SEM圖像和PDMS MPF的相應大視圖。d、SEM圖像和G-nWF的相應大視圖。e、SEM圖像（有序圖案）。f、安裝在PI膠片上的超柔性SF的數字光學圖像。g、SF雷射雕刻的示意圖。插圖顯示了各種易於設計和製造的圖案，例如「竹」和「 XDU」。h、對G-nWF傳感材料和SF電極的拉伸測試，證明了其高靈活性。

柔性傳感器的性能。a、對於從0到1400 kPa的各種外加應力，相對電流隨時間變化。b、電流信號與相應的施加應力非常匹配。C、在50 kPa的壓力下進行7000 s的傳感器耐久性測試。D、傳感器與以前報告的傳感器的靈敏度和壓力範圍的比較。E、水滴時柔性傳感器的響應。f、水被疏水表面迅速去除。g、傳感器可以輕鬆檢測到水滴的反彈，並顯示了僅4 ms的快速響應時間。

傳感器工作機制的示意圖。A、傳感器工作機制。b、G-nWF和SF的電阻變化。c、用於GF的原位TEM微機械設備。D、TEM內部GF的原位微機械錶徵，證明其優越的機械性能。

柔性傳感器的脈搏率監測。A、柔性傳感器安裝在我們的身體上，可以監測脈搏率。b-c、傳感器在成功檢測脈搏率上的原理和實際應用。d-f、傳感器能夠識別不同的脈搏率。

用於醫療保健的傳感器的無線實時脈衝監控。A、可穿戴傳感器系統的設備配置。B、檢測脈搏波並將信號成功發送到智慧型手機的實際應用。C、商業運動手錶顯示了由我們的可穿戴傳感器收集的相似日期值。D、輕柔觸摸的實際應用。E、4××4傳感器陣列及其相應的高度靈活的電路圖。F、按下傳感器陣列測得的重量的幾何區域。

文獻連結：DOI: 10.1007/s40820-020-00498-y

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