可穿戴設(shè)備的常用材料
摘要: 為了滿足可穿戴設(shè)備的要求,傳感器的材料需要具有輕薄、柔軟和耐腐蝕等特點,目前用于可穿戴設(shè)備的主要材料包括柔性材料、紙基材料、納米材料和有機材料。
為了滿足可穿戴設(shè)備的要求,傳感器的材料需要具有輕薄、柔軟和耐腐蝕等特點,目前用于可穿戴設(shè)備的主要材料包括柔性材料、紙基材料、納米材料和有機材料。
可穿戴設(shè)備的常用材料:(A)柔性材料﹔(B)紙基材料﹔(C)納米材料﹔(D)有機材料
柔性材料
柔性材料作為可穿戴設(shè)備的常用材料,主要有聚二甲基硅氧烷(PDMS )、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET )、聚萘乙烯、聚氨酯、聚酰亞胺和乳膠等,它們的相容性、彎曲性.機械和溫度穩(wěn)定性相對較好。在眾多的柔性材料中,PDMS
和PET又是其中最常用的。如圖2(A)所示,長時間連續(xù)檢測汗液的柔性微流控芯片由三層PET薄膜層壓成,檢測時,皮膚表面的芯片通過集成在入口中的過濾器吸收體表的液體,然后通過毛細作用進入微通道和傳感腔,進行檢測。柔性材料的超輕重量,高流動性,可伸縮性,低成本與其兼客性使得它可以集成許多其他組件。其中可伸縮提供的靈活性,不僅可以緩解彎曲引起的機械應(yīng)變,還可以緩解壓縮.拉伸和扭轉(zhuǎn)等其他擾動引起的機械應(yīng)變。柔性可拉伸的可穿或設(shè)備可以與皮膚牢固結(jié)合,盡可能地減少界面處產(chǎn)生的應(yīng)力,在正常的身體運動和肌肉運動過程中產(chǎn)生的強烈壓力下,實現(xiàn)對人體活動和個人健康的監(jiān)測。
紙基材料
紙基由于其自身特有的特性,具有易于回收處置、成本低、吸水性強和柔韌性好等優(yōu)點。紙基可穿戴設(shè)備的獨特性使其可以很好地用在呼吸監(jiān)測上,利用紙基良好的吸水性,制備的可穿戴紙基水分傳感器,通過檢測呼吸引起的水分變化,從而檢測個人呼吸,相較于傳統(tǒng)的設(shè)備,其成本很低。通過將紙同其他材料相結(jié)合,可以改善紙基設(shè)備強度上的缺點,基于微流控紙基芯片,將棉線和濾紙相結(jié)合,設(shè)計制備用于葡萄糖檢測的可穿或設(shè)備,為紙基可穿戴設(shè)備的的發(fā)展提供了一種新思路。
納米材料
常見的用于可穿戴設(shè)備的納米材料包括碳納米管.金屬納米線、金屬氧化物納米線和導(dǎo)電聚合物納米線等。如圖2(C)所示,,制造了一種基于介電泳羧基功能化單壁碳納米管的pH傳感器,通過碳納米管的排列可以在不同方面改變其性能,已經(jīng)開發(fā)了許多技術(shù)來制備具有不同形貌的碳納來管,包括垂直的碳納米管、彎曲的碳納米管和懸浮的碳納米管。對于金屬納米材料主要有金銀銅納米線,將銀納米線和PDMS相結(jié)合研制了—種壓力傳感器,可以監(jiān)測如輕觸、吞咽、彎曲和扭轉(zhuǎn)等動作。
有機材料
基于有機半導(dǎo)體或?qū)щ姴牧系挠袡C傳感器由于其靈活性、可拉伸性、低成本和重量輕等優(yōu)點,近年來成為可穿戴設(shè)備常用的材料之一,有機半導(dǎo)體和導(dǎo)電材料的獨特優(yōu)勢在于,它們的電學(xué)、機械、化學(xué)和光學(xué)特性可以通過合理的分
子設(shè)計來優(yōu)化。有機半導(dǎo)體光傳感器的可調(diào)光學(xué)范圍可以通過分子設(shè)計來實現(xiàn)從近紅外到紫外區(qū)域的吸收波長,因此,這些傳感器被廣泛應(yīng)用于連續(xù)實時監(jiān)測個體的生理狀態(tài)。如圖2(D)所示,基于高靈敏度有機光電晶體笞的光電容積傳感器,超薄的可穿戴裝置能夠連續(xù)監(jiān)測心率變化,精確跟蹤身體各部位脈壓的變化。
可穿戴設(shè)備






