可穿戴电子传感器技术及发展介绍

　　随着可穿戴电子设备的普及，现阶段的传感器已经有了新一轮的革新，传感器会趋向于智能化和数字化，并且有自己的生产标准规范。

产品技术的突破性进展，应用场景的持续深入，行业标准的陆续出台，上下游市场需求的不断提升，都推动着传感器产业日益走向成熟，这或许就是智能传感器被称为21世界极具影响力的高新技术的原因。

       现阶段的可穿戴电子设备不断的进行技术突破和创新，传感器的发展方向开始偏向智能，同时加之政策对高科技的支持，

　　目前传感器类型很多，包括感知压力的苹果手机3D touch，察觉手指悬停的三星AirView，也有可折叠、透明和拉伸的传感器，但他们的成果集多种传感器功能于一身，以凝胶和硅树脂为原材料，工艺简单、造价低廉且容易获得，易于规模化生产，每平方米成本仅数美元。其延展性强，适用于房间内壁的任何表面或可穿戴设备，亦可作为机器人的“皮肤”，使机器人检测到人类存在并且足够“柔软”，使人-机交互环境更加安全。

　　柔性可穿戴电子传感器解决了传感器的小型化 、集成化 、智能化发展问题，这些新型柔性传感器在电子皮肤 、生物医药、可穿戴电子产品和航空航天中有重要作用。

　　柔性可穿戴电子传感器的转换机制

　　有效地将外部刺激转化为电信号是柔性可穿戴电子传感器监测身体健康状况的关键技术。柔性可穿戴电子传感器的信号转换机制主要分为压阻、电容和压电三大部分。

　　1，压阻

　　压阻传感器可以将外力转换成电阻的变化(与施加压力的平方根成正比)，进而可以方便地用电学测试系统间接探测外力变化。而导电物质间导电路径的变化是获得压阻传感信号的常见机理。由于其简单的设备和信号读出机制，这类传感器得到广泛应用。程文龙等发展了一种简单实用的高灵敏压阻传感器，其在弹性基底上构筑了金纳米线薄层和电极阵列。这种器件具有 13～50000 Pa宽的检测范围。为了增强灵敏性，实现对接触力的扫描，鲍哲楠等利用具有锥状微结构的压阻传感器制备了一种可以向大脑传递触觉信息的电子皮肤。

　　2，电容

　　容是衡量平行板间容纳电荷能力的物理量。传统的电容传感器通过改变正对面积s和平行板间距d来探测不同的力,例如压力，剪切力等。电容式传感器的主要优势在于其对力的敏感性强,可以实现低能耗检测微小的静态力。鲍哲楠等在弹性基底上制备了电容型透明可拉伸的碳纳米管传感器,对压力和拉力同时有响应。

　　3，压电

　　压电材料是指在机械压力下可以产生电荷的特殊材料。这种压电特性是由存在的电偶极矩导致的。 电偶极矩的获得是靠取向的非中心对称晶体结构变形，或者孔中持续存在电荷的多孔驻极体。压电系数是衡量压电材料能量转换效率的物理量，压电系数越高，能量转换的效率就越高。高灵敏，快速响应和高压电系数的压电材料被广泛应用于将压力转换为电信号的传感器。

　　柔性可穿戴电子传感器科技研究的新动态

　　1，基于平面型微型超级电容器的芯片式纸基集成器件

　　平面型微型超级电容器(MSC)作为一种新型的微型电化学储能器件，与传统的夹层式固态超级电容器相比，其突出优点是能够容易地与传感器及其它电子器件进行有效的集成。而柔性传感器由于能被穿戴或者植入人体并能够检测周围环境信息而在医疗健康领域引起了广泛的关注。

　　来自中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室的阎兴斌研究员(通讯作者)等通过丝网印刷技术在滤纸表面形成了金属Ni叉指化集流体，并结合后续的电镀技术增强了集流体的导电性，同时抑制了金属Ni在纸基表面的扩散，形成了分辨率较高的图案化集流体。在Ni表面通过电化学沉积MnO2或者聚吡咯(PPy)活性材料，并滴凃凝胶电解质，构筑了基于MnO2的对称性超级电容器以及基于MnO2和PPy的非对称超级电容器。

　　2，高度灵敏的柔性电容传感器

　　近日，美国哈佛大学Conor J. Walsh课题组制备出一种高度灵敏的柔性电容传感器，发表在Advanced Materials Technologies的“Batch Fabrication of Customizable Silicone-Textile Composite Capacitive Strain Sensors for Human Motion Tracking”的文章。该研究团队将导电针织物与硅胶结合在一起，以基于批量层的生产方法制造我们的传感器。将硅氧烷膜作为电介质层浇铸固化。然后通过施加较薄的硅树脂铸件将导电织物粘附到每个表面上，通过辊施加压力将织物施加在表面上产生了完整的传感器片，然后可以使用激光精确地切割任意形状的传感器。另一个优点是从相同的片材切割出的相同的传感器可以具有一致的基线电容值。激光切割工艺还在导电织物边缘处引导纤维，防止电极短路。

　　3，新型柔性传感器

　　加拿大不列颠哥伦比亚大学开发出一种新型柔性传感器，可满足未来折叠装置对传感器的要求。这种传感器是在硅胶层之间夹上一种高导电凝胶，硅胶层可检测到不同类型的触摸，包括滑动和敲击，并且可以拉伸、折叠或弯曲。

　　未来，随着传感器技术的发展，以及柔性基质材料的发展，将会有更多种类的柔性传感器被开发出来，应用于不同领域。作为核心部件之一的柔性可穿戴电子传感器，以其装置的宽量程灵敏度、响应时间、便携性、使用舒适性和多功能集成等特点已经成为人们关注的热点，激发了国内外研究人员对柔性可穿戴电子传感器的研究和开发。

　　可穿戴智能设备在这几年发展迅速，而伴随柔性材料的不断发展，可穿戴智能设备的市场会不断扩大。