劉宇航 成都市實(shí)驗(yàn)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校

引言：人們?cè)谡務(wù)摰浇】当O(jiān)測(cè)時(shí)，首先聯(lián)想到的是可穿戴電子設(shè)備?？纱┐麟娮釉O(shè)備運(yùn)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(guó)防等領(lǐng)域有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。柔性可穿戴電子傳感器可以用來(lái)監(jiān)測(cè)睡眠質(zhì)量、人體溫度、心率脈搏等身體狀況，這樣能對(duì)人體進(jìn)行臨床診斷、健康評(píng)估以及監(jiān)控等，有利于人體的健康，也能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)做出處理。

1.柔性可穿戴電子傳感器的常用材料

因?yàn)榭纱┐魇饺嵝噪娮觽鞲衅髦饕\(yùn)用的材料相比其他普通半導(dǎo)體而言需要具有柔韌性和可拉伸性, 同時(shí)在力的作用下不會(huì)產(chǎn)生物理?yè)p壞等特點(diǎn)，同時(shí)還需要具有可自愈功能以及較長(zhǎng)的使用壽命，所以選擇什么樣的材料便成為了重點(diǎn)。

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?yàn)樗邆浞€(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、良好的透明性以及較好的耐熱性等，同時(shí)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(guò)程簡(jiǎn)單易操作也是它的主要優(yōu)勢(shì)之一。

除此之外，聚對(duì)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(lái)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(dǎo)體材料, 主要被用于制作電極和導(dǎo)線。而導(dǎo)電材料多選用可導(dǎo)電納米材料。金屬的納米導(dǎo)電材料具有十分好的導(dǎo)電性和延展性。目前，在電子傳感器中選用的導(dǎo)電材料主要為導(dǎo)電納米油墨，主要包括納米顆粒和納米線等。

1.3 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料

無(wú)機(jī)半導(dǎo)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(lǐng)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(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料也是未來(lái)快速響應(yīng)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(jī)材料

有機(jī)材料中的代表主要是柔性壓敏晶體管，因?yàn)榫w管具有完美的信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大的性能,這使得晶體管的使用為減少信號(hào)串?dāng)_提供了可能。因此,目前在可穿戴傳感器和人工智能領(lǐng)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(kāi)的。

1.5 碳材料

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

2.柔性可穿戴電子傳感器的應(yīng)用

柔性可穿戴式電子傳感器主要被應(yīng)用于三個(gè)方面：醫(yī)學(xué)及生物學(xué)，材料學(xué)和生活中的實(shí)際應(yīng)用。

2.1 醫(yī)學(xué)及生物學(xué)

柔性可穿戴式電子傳感器在醫(yī)學(xué)中可以進(jìn)行脈搏的檢測(cè)，血壓的檢測(cè)，在體溫檢測(cè)過(guò)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(xué)方面，柔性可穿戴式電子傳感器可以幫助生物學(xué)家監(jiān)測(cè)動(dòng)物的生理活動(dòng)，主要用于研究環(huán)境對(duì)生物的影響。

2.2 材料學(xué)

由于柔性可穿戴電子傳感器具有輕便、導(dǎo)電性良好和集成度高等特點(diǎn)，這使得其成為一種十分理想材料?？捎糜跇?gòu)建超高靈敏度壓力傳感器，在印刷電子技術(shù)中也起著重要作用，在美國(guó)被用于納米機(jī)器人技術(shù)上，甚至在一些國(guó)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(shí)際應(yīng)用

柔性可穿戴電子傳感器在生活中主要被應(yīng)用于檢測(cè)人體健康與防范疾病、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。柔性可穿戴傳感器可以作為健康監(jiān)測(cè)的一種途徑對(duì)人體的心跳、脈搏以及睡眠狀況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，同時(shí)，設(shè)備能夠在不影響人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的前提下長(zhǎng)時(shí)間的采集人體日常心電數(shù)據(jù)，不斷的感知人體狀況、獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并不斷對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，為人體的健康狀況提供一定的評(píng)估結(jié)果，使得用戶能夠及時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)的反饋結(jié)果去就醫(yī)，有力保障了人們健康，提高了人們的生存質(zhì)量。同時(shí)，柔性可穿戴電子傳感器所具有的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)能夠在人體的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中全方位的實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，并且能夠?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及及時(shí)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(shí)隨地，不限地點(diǎn)場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。

3.柔性可穿戴電子傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

（一）需要不斷采用新材料，創(chuàng)新信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制來(lái)擴(kuò)大壓力掃描的范圍，滿足不同場(chǎng)合的實(shí)際需要。

（二）不斷利用先進(jìn)的科技手段發(fā)展低能耗和自驅(qū)動(dòng)的可穿戴傳感器，不斷升級(jí)電池微型化技術(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備的工作時(shí)間。

（三）不斷提高柔性可穿戴電子傳感器的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、檢測(cè)范圍、集成度和多分析等使用性能，同時(shí)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(wú)線技術(shù)，采用與移動(dòng)終端相結(jié)合的方式，并建立統(tǒng)一的云服務(wù)，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸以及分析處理，最后反饋給用戶，以便用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。

4.總結(jié)與展望

柔性可穿戴式電子傳感器如今已應(yīng)用于臨床診斷、運(yùn)動(dòng)健康監(jiān)測(cè)方面，但也許在不遠(yuǎn)的將來(lái)，柔性可穿戴式電子傳感器會(huì)被應(yīng)用與其他方面，如軍事，航天航空等，而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可穿戴式電子傳感器會(huì)越來(lái)越民用化，會(huì)有越來(lái)越多的人可以使用可穿戴式電子傳感器。毫無(wú)疑問(wèn)，可穿戴式電子傳感器將展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景。因此，我們需要不斷在其使用材料上進(jìn)行創(chuàng)新，充分挖掘適應(yīng)柔性可穿戴傳感器進(jìn)一步發(fā)展的新材料，并不斷開(kāi)發(fā)新工藝，降低其制造成本，促進(jìn)該行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。