傳感新品

【南京大學(xué)：高靈敏度和高線性度的可拉伸應(yīng)變傳感器的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】

可穿戴設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理信號(hào)，溫度傳感能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)人體潛在的病變可能，預(yù)防、監(jiān)測(cè)、并跟蹤治療后的恢復(fù)進(jìn)展，在醫(yī)療與健康領(lǐng)域具有重要意義。離子水凝膠材料具有優(yōu)異的生物相容性和人體安全性，是柔性可穿戴設(shè)備的重要材料之一，離子運(yùn)動(dòng)對(duì)溫度有強(qiáng)烈依賴性，可用于研制高性能溫度傳感器。仿生離子水凝膠傳感器為醫(yī)療保健、人工假體和醫(yī)療診斷等生物用途構(gòu)建一致的信號(hào)傳輸接口，在信號(hào)監(jiān)測(cè)、人機(jī)界面等方面發(fā)揮顯著作用。然而，可穿戴器件在工作時(shí)可能會(huì)承受佩戴部位的形變或外界的力作用，因此，仍然需要發(fā)展具有韌性的、耐用的水凝膠傳感器，使柔性水凝膠可穿戴設(shè)備適應(yīng)外部復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境。

南京大學(xué)的潘力佳和施毅研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了基于聚丙烯酰胺-海藻酸鈉（PAAm-SA）離子水凝膠的柔性溫度傳感器，通過(guò)PAAm-SA雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)使水凝膠材料具有高的韌性。研究了離子水凝膠中影響離子遷移率的因素，如離子尺寸、溫度、電壓等。PAAm-SA水凝膠以離子導(dǎo)電為主，研究發(fā)現(xiàn)水凝膠中的離子活化能與離子尺寸有關(guān)，離子直徑越大，活化能越大，離子導(dǎo)電性對(duì)溫度的依賴性越大。并基于離子遷移對(duì)溫度的依賴性制備了溫度傳感器。實(shí)現(xiàn)了低回滯、高魯棒性的溫敏特性。

離子導(dǎo)電性

溫度傳感與可穿戴應(yīng)用

該團(tuán)隊(duì)采用了紫外共聚法制備離子溫度傳感器，水凝膠器件得到了完好的封裝，極大地減少了水凝膠脫水對(duì)溫度響應(yīng)的影響，增大溫度響應(yīng)范圍（22-100℃），快速的溫度響應(yīng)速度（響應(yīng)40℃僅需2.02秒），同時(shí)使得傳感器具有較低的回滯（~2.93%）及對(duì)外加應(yīng)力較高的魯棒性，承受2000次循環(huán)壓縮后對(duì) 溫度的響應(yīng)幾乎沒(méi)有衰減。

研究者制備了0.15mm-1分辨率的溫度傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小區(qū)域內(nèi)溫度分布的識(shí)別。通過(guò)微納加工工藝制備了5×5溫度傳感器陣列，薄的聚對(duì)苯封裝層設(shè)計(jì)讓溫度能快速傳導(dǎo)到器件，并在器件陣列引入了微氣隙結(jié)構(gòu)，利用不同材料的導(dǎo)熱率差異（水有較高的熱導(dǎo)率而空氣則較低），有效降低了傳感器像素之間的熱串?dāng)_，增強(qiáng)了溫度分布檢測(cè)的準(zhǔn)確性，從而能夠識(shí)別手指指尖的溫度分布，并勾勒出手腕處血管路徑的形狀。該團(tuán)隊(duì)將該水凝膠溫度傳感器用于可穿戴設(shè)備的應(yīng)用，有效檢測(cè)了人體不同部位的溫度，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的呼吸。

該團(tuán)隊(duì)報(bào)道的基于雙交聯(lián)水凝膠的柔性溫度傳感器及其陣列，為離子聚合物傳感器的可穿戴產(chǎn)品提供了新策略。

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