南京大学：高灵敏度和高线性度的可拉伸应变传感器的分层结构设计

传感新品

【南京大学：高灵敏度和高线性度的可拉伸应变传感器的分层结构设计】

可穿戴设备可实时监测人体的生理信号，温度传感能够及时发现人体潜在的病变可能，预防、监测、并跟踪治疗后的恢复进展，在医疗与健康领域具有重要意义。离子水凝胶材料具有优异的生物相容性和人体安全性，是柔性可穿戴设备的重要材料之一，离子运动对温度有强烈依赖性，可用于研制高性能温度传感器。仿生离子水凝胶传感器为医疗保健、人工假体和医疗诊断等生物用途构建一致的信号传输接口，在信号监测、人机界面等方面发挥显著作用。然而，可穿戴器件在工作时可能会承受佩戴部位的形变或外界的力作用，因此，仍然需要发展具有韧性的、耐用的水凝胶传感器，使柔性水凝胶可穿戴设备适应外部复杂应力环境。

南京大学的潘力佳和施毅研究团队报道了基于聚丙烯酰胺-海藻酸钠（PAAm-SA）离子水凝胶的柔性温度传感器，通过PAAm-SA双交联网络使水凝胶材料具有高的韧性。研究了离子水凝胶中影响离子迁移率的因素，如离子尺寸、温度、电压等。PAAm-SA水凝胶以离子导电为主，研究发现水凝胶中的离子活化能与离子尺寸有关，离子直径越大，活化能越大，离子导电性对温度的依赖性越大。并基于离子迁移对温度的依赖性制备了温度传感器。实现了低回滞、高鲁棒性的温敏特性。

离子导电性

温度传感与可穿戴应用

 

该团队采用了紫外共聚法制备离子温度传感器，水凝胶器件得到了完好的封装，极大地减少了水凝胶脱水对温度响应的影响，增大温度响应范围（22-100℃），快速的温度响应速度（响应40℃仅需2.02秒），同时使得传感器具有较低的回滞（~2.93%）及对外加应力较高的鲁棒性，承受2000次循环压缩后对 温度的响应几乎没有衰减。

研究者制备了0.15mm-1分辨率的温度传感器阵列，实现了对小区域内温度分布的识别。通过微纳加工工艺制备了5×5温度传感器阵列，薄的聚对苯封装层设计让温度能快速传导到器件，并在器件阵列引入了微气隙结构，利用不同材料的导热率差异（水有较高的热导率而空气则较低），有效降低了传感器像素之间的热串扰，增强了温度分布检测的准确性，从而能够识别手指指尖的温度分布，并勾勒出手腕处血管路径的形状。该团队将该水凝胶温度传感器用于可穿戴设备的应用，有效检测了人体不同部位的温度，并能够实时监测人体的呼吸。

该团队报道的基于双交联水凝胶的柔性温度传感器及其阵列，为离子聚合物传感器的可穿戴产品提供了新策略。

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