基于生物衍生材料的柔性应变/压力传感器的研究进展

常胜男¹，李津¹，刘皓^1,2,3

1. 天津工业大学纺织科学与工程学院2. 分离膜与膜过程国家重点实验室3. 天津工业大学智能可穿戴电子纺织品研究所

摘 要：近几年来,随着科技的发展和智能可穿戴技术的提升,智能可穿戴电子产品以其优异的性能吸引了研究者的目光。柔性应变/压力传感器作为柔性可穿戴电子产品的重要分支,可以贴合人体或集成到纺织品中,在医疗保健、人机交互、软机器人等领域具有巨大的应用潜力。应变/压力传感器是将受到的外界刺激或机械变形(如拉伸和压缩等)转换成电学信号的一类电子器件,传感元件是应变/压力传感器的关键。摒弃了传统的基于刚性材料的应变/压力传感器,近几年来,层出不穷的新材料和新结构被应用于柔性应变/压力传感器中,包括金属纳米材料、导电高聚物和碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管和炭黑材料)。这些新材料显著改善了传感器件的力学性能和柔韧性。但是复杂的制备工艺、高昂的材料成本以及未知的毒性限制了这些传感器在实际生活中的大规模应用,并且其传感性能也有待进一步提高。自然界存在着丰富的生物材料,已经有许多生物材料运用于超级电容器、电池和传感器等电子领域。生物衍生材料所具有的低成本、易于获取、可持续性和生态友好性等优点,使其在柔性应变/压力传感器方向具有显著的吸引力。本文综述了基于生物衍生材料的柔性应变/压力传感器的研究进展,将该传感器分为三种类型,包括基于碳化生物材料的柔性应变/压力传感器、基于3D海绵材料的柔性应变/压力传感器和基于织物基底材料的柔性应变/压力传感器,并结合实例总结了它们在材料和制备工艺方面的特征和优缺点。基于此讨论了生物衍生材料基传感器在人体健康检测和实时运动监测方向的应用实例,并提出了当前的挑战,为柔性应变/压力传感器的开发和应用提供参考。

关键词：智能穿戴电子产品;柔性应变/压力传感器;生物衍生材料;碳化;海绵;织物;