作者:张行勇  高久伟 来源:中国科学报 发布时间:2022/4/28 21:19:33
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西工大等研发成功一种柔性可穿戴应变纤维传感器

 

 超强可拉伸纤维应变传感器性能表征及人体健康监测应用。

 超强可拉伸纤维应变传感器。

 跑步状态监测。  图片均由论文作者提供

柔性可穿戴电子系统作为新型的便携式电子设备,在人机交互、状态监测、医疗保健等领域具有广泛应用。性能优越的可穿戴电子系统通常需要坚韧的材料来保证其耐用性和稳定性。由于纤维状的电子材料更易于集成到可穿戴设备中,且具有优良的结构灵活性,从而成为可穿戴电子系统中必不可少的基本组件。然而,制备兼具较高机械强度和优异拉伸性能的纤维材料仍然极具挑战。

西北工业大学黄维院士团队王学文教授课题组与北京理工大学教授宋维涛合作,在新出版的《先进材料》( Adv. Mater.)报道了一种可用于人体健康监测的柔性纤维应变传感器。

据王学文教授介绍,在这项工作中,他们研发团队巧妙地利用外层与内芯力学性能耦合的策略,以一种高强度、高弹性的新型聚氨酯(PU)作为导电纤维传感器的内芯,极大的增强了纤维应变传感器的力学性能,实现了同时具备高力学强度和优异拉伸性能的柔性纤维传感器,解决了机械性能与拉伸性能难以兼容的难题。

此外,他们还利用静电纺丝技术实现了不同直径纤维传感器的可控制备,并通过微纤维网络结构以及封装层的共同作用,极大的降低了纤维传感器的恢复迟滞性。

据了解,该新型纤维应变传感器同时具有优异的应变范围(~700%)和较高的拉伸强度(~17.6 MPa)。在应变检测中表现出高灵敏度和超高的应变分辨率(0.0075%),且可实现对0-40Hz低频振动信号的精准监测。该研发团队将高性能纤维应变传感器植入到衣服中,研制了柔性可穿戴智能健康监测系统,该智能电子服装可实现对身体震颤、脉搏、呼吸、手势及6种人体运动姿态的实时监测。

相关专家认为,该成果将有助于推动健康评估与疾病诊断技术向智能化、高效化、精准化等方向发展,为改进和提升医疗信息传递、处理的效率和质量提供新的思路,将促进远程医疗、“无人”医疗、智慧医疗等变革性医疗技术的发展,为智能时代的实现提供重要的技术储备。

据悉,该项工作得到了国家重点研发计划(2020YFB2008501)、国家自然科学基金(11904289,61960206007)、陕西省自然科学基金(2019JQ-613)、陕西省重点研发计划项目(2020ZDLGY04-08、2020GXLH-Z-027)、宁波市自然科学基金项目(202003N4003)、中央高校基本科研业务费、西北工业大学翱翔海外学者等经费的支持。

文章相关信息: https://doi.org/10.1002/adma.202107511

 
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