柔性可穿戴電子傳感器淺談

劉宇航 成都市實驗外國語學校

引言：人們在談論到健康監(jiān)測時，首先聯(lián)想到的是可穿戴電子設備?？纱┐麟娮釉O備運行良好依賴于柔性可穿戴電子傳感器。柔性可穿戴電子傳感器不僅要求有極高的延展性、柔性、靈敏性等，還需要較低成本，才能在醫(yī)療健康、信息國防等領域有廣泛的市場應用。柔性可穿戴電子傳感器可以用來監(jiān)測睡眠質量、人體溫度、心率脈搏等身體狀況，這樣能對人體進行臨床診斷、健康評估以及監(jiān)控等，有利于人體的健康，也能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并及時做出處理。

1.柔性可穿戴電子傳感器的常用材料

因為可穿戴式柔性電子傳感器主要運用的材料相比其他普通半導體而言需要具有柔韌性和可拉伸性, 同時在力的作用下不會產生物理損壞等特點，同時還需要具有可自愈功能以及較長的使用壽命，所以選擇什么樣的材料便成為了重點。

1.1 柔性基底

在柔性可穿戴電子傳感器中首先就是要滿足柔性電子器件的要求，主要就是具有輕薄、拉伸性、絕緣性、耐腐蝕性等方面具有較高的性能。通常情況下，聚二甲基硅氧烷(PDMS)是人們的首選材料，因為它具備穩(wěn)定的化學性質、良好的透明性以及較好的耐熱性等，同時在紫外光下粘附區(qū)和非粘附區(qū)分明的特性使其表面可以很容易的粘附電子材料，制備過程簡單易操作也是它的主要優(yōu)勢之一。

除此之外，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亞胺(PI)、聚乙烯(PE)和聚氨酯(PU)等也可被用來作為柔性可穿戴式電子的常用基底材料。

1.2 金屬材料

金屬材料一般選用金銀銅等導體材料, 主要被用于制作電極和導線。而導電材料多選用可導電納米材料。金屬的納米導電材料具有十分好的導電性和延展性。目前，在電子傳感器中選用的導電材料主要為導電納米油墨，主要包括納米顆粒和納米線等。

1.3 無機半導體材料

無機半導體材料ZnO和ZnS由于其出色的壓電特性, 在可穿戴柔性電子傳感器領域發(fā)揮了巨大作用，尤這種材料制作的傳感器可以用于辨別筆跡和掃描壓力分布。無機半導體材料也是未來快速響應和高分辨壓力傳感器材料中最有潛力的候選者之一。

1.4 有機材料

有機材料中的代表主要是柔性壓敏晶體管，因為晶體管具有完美的信號轉換和放大的性能,這使得晶體管的使用為減少信號串擾提供了可能。因此,目前在可穿戴傳感器和人工智能領域的研究大多數(shù)都是圍繞如何獲得大規(guī)模的柔性壓敏晶體管展開的。

1.5 碳材料

柔性可穿戴電子傳感器應用的碳材料主要是具有結晶度高、導電性好、比便面積達等優(yōu)秀特性的碳納米管和具有輕薄透明、導電導熱性好的石墨烯等。

2.柔性可穿戴電子傳感器的應用

柔性可穿戴式電子傳感器主要被應用于三個方面：醫(yī)學及生物學，材料學和生活中的實際應用。

2.1 醫(yī)學及生物學

柔性可穿戴式電子傳感器在醫(yī)學中可以進行脈搏的檢測，血壓的檢測，在體溫檢測過程中也扮演著及其重要的角色，可以作為電子皮膚的材料之一，還可以用于控制假肢，制造人工耳蝸等。在生物學方面，柔性可穿戴式電子傳感器可以幫助生物學家監(jiān)測動物的生理活動，主要用于研究環(huán)境對生物的影響。

2.2 材料學

由于柔性可穿戴電子傳感器具有輕便、導電性良好和集成度高等特點，這使得其成為一種十分理想材料?？捎糜跇嫿ǔ哽`敏度壓力傳感器，在印刷電子技術中也起著重要作用，在美國被用于納米機器人技術上，甚至在一些國家，柔性可穿戴電子傳感器被用于太空飛船上一些部位的組成。

2.3 生活中的實際應用

柔性可穿戴電子傳感器在生活中主要被應用于檢測人體健康與防范疾病、運動監(jiān)測。柔性可穿戴傳感器可以作為健康監(jiān)測的一種途徑對人體的心跳、脈搏以及睡眠狀況進行有效的監(jiān)測，同時，設備能夠在不影響人體運動狀態(tài)的前提下長時間的采集人體日常心電數(shù)據，不斷的感知人體狀況、獲取監(jiān)測數(shù)據，并不斷對監(jiān)測數(shù)據進行科學分析，為人體的健康狀況提供一定的評估結果，使得用戶能夠及時根據數(shù)據的反饋結果去就醫(yī)，有力保障了人們健康，提高了人們的生存質量。同時，柔性可穿戴電子傳感器所具有的優(yōu)勢特點能夠在人體的運動檢測中全方位的實現(xiàn)監(jiān)測，并且能夠對檢測數(shù)據的準確性以及及時性給予高度保證，最重要的是柔性可穿戴傳感器的便攜性可以讓用戶隨時隨地，不限地點場合實現(xiàn)對運動數(shù)據的監(jiān)測。

3.柔性可穿戴電子傳感器的發(fā)展趨勢

（一）需要不斷采用新材料，創(chuàng)新信號轉換機制來擴大壓力掃描的范圍，滿足不同場合的實際需要。

（二）不斷利用先進的科技手段發(fā)展低能耗和自驅動的可穿戴傳感器，不斷升級電池微型化技術，延長設備的工作時間。

（三）不斷提高柔性可穿戴電子傳感器的靈敏度、響應時間、檢測范圍、集成度和多分析等使用性能，同時要利用新工藝降低柔性可穿戴傳感器的制造成本。

（四）大力發(fā)展無線技術，采用與移動終端相結合的方式，并建立統(tǒng)一的云服務，以便實現(xiàn)數(shù)據的實時傳輸以及分析處理，最后反饋給用戶，以便用戶及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

4.總結與展望

柔性可穿戴式電子傳感器如今已應用于臨床診斷、運動健康監(jiān)測方面，但也許在不遠的將來，柔性可穿戴式電子傳感器會被應用與其他方面，如軍事，航天航空等，而且隨著經濟的發(fā)展，可穿戴式電子傳感器會越來越民用化，會有越來越多的人可以使用可穿戴式電子傳感器。毫無疑問，可穿戴式電子傳感器將展現(xiàn)出巨大的市場前景。因此，我們需要不斷在其使用材料上進行創(chuàng)新，充分挖掘適應柔性可穿戴傳感器進一步發(fā)展的新材料，并不斷開發(fā)新工藝，降低其制造成本，促進該行業(yè)的進一步發(fā)展。