柔性可穿戴电子传感器浅谈

刘宇航 成都市实验外国语学校

引言：人们在谈论到健康监测时，首先联想到的是可穿戴电子设备。可穿戴电子设备运行良好依赖于柔性可穿戴电子传感器。柔性可穿戴电子传感器不仅要求有极高的延展性、柔性、灵敏性等，还需要较低成本，才能在医疗健康、信息国防等领域有广泛的市场应用。柔性可穿戴电子传感器可以用来监测睡眠质量、人体温度、心率脉搏等身体状况，这样能对人体进行临床诊断、健康评估以及监控等，有利于人体的健康，也能够及时发现问题并及时做出处理。

1.柔性可穿戴电子传感器的常用材料

因为可穿戴式柔性电子传感器主要运用的材料相比其他普通半导体而言需要具有柔韧性和可拉伸性, 同时在力的作用下不会产生物理损坏等特点，同时还需要具有可自愈功能以及较长的使用寿命，所以选择什么样的材料便成为了重点。

1.1 柔性基底

在柔性可穿戴电子传感器中首先就是要满足柔性电子器件的要求，主要就是具有轻薄、拉伸性、绝缘性、耐腐蚀性等方面具有较高的性能。通常情况下，聚二甲基硅氧烷(PDMS)是人们的首选材料，因为它具备稳定的化学性质、良好的透明性以及较好的耐热性等，同时在紫外光下粘附区和非粘附区分明的特性使其表面可以很容易的粘附电子材料，制备过程简单易操作也是它的主要优势之一。

除此之外，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)和聚氨酯(PU)等也可被用来作为柔性可穿戴式电子的常用基底材料。

1.2 金属材料

金属材料一般选用金银铜等导体材料, 主要被用于制作电极和导线。而导电材料多选用可导电纳米材料。金属的纳米导电材料具有十分好的导电性和延展性。目前，在电子传感器中选用的导电材料主要为导电纳米油墨，主要包括纳米颗粒和纳米线等。

1.3 无机半导体材料

无机半导体材料ZnO和ZnS由于其出色的压电特性, 在可穿戴柔性电子传感器领域发挥了巨大作用，尤这种材料制作的传感器可以用于辨别笔迹和扫描压力分布。无机半导体材料也是未来快速响应和高分辨压力传感器材料中最有潜力的候选者之一。

1.4 有机材料

有机材料中的代表主要是柔性压敏晶体管，因为晶体管具有完美的信号转换和放大的性能,这使得晶体管的使用为减少信号串扰提供了可能。因此,目前在可穿戴传感器和人工智能领域的研究大多数都是围绕如何获得大规模的柔性压敏晶体管展开的。

1.5 碳材料

柔性可穿戴电子传感器应用的碳材料主要是具有结晶度高、导电性好、比便面积达等优秀特性的碳纳米管和具有轻薄透明、导电导热性好的石墨烯等。

2.柔性可穿戴电子传感器的应用

柔性可穿戴式电子传感器主要被应用于三个方面：医学及生物学，材料学和生活中的实际应用。

2.1 医学及生物学

柔性可穿戴式电子传感器在医学中可以进行脉搏的检测，血压的检测，在体温检测过程中也扮演着及其重要的角色，可以作为电子皮肤的材料之一，还可以用于控制假肢，制造人工耳蜗等。在生物学方面，柔性可穿戴式电子传感器可以帮助生物学家监测动物的生理活动，主要用于研究环境对生物的影响。

2.2 材料学

由于柔性可穿戴电子传感器具有轻便、导电性良好和集成度高等特点，这使得其成为一种十分理想材料。可用于构建超高灵敏度压力传感器，在印刷电子技术中也起着重要作用，在美国被用于纳米机器人技术上，甚至在一些国家，柔性可穿戴电子传感器被用于太空飞船上一些部位的组成。

2.3 生活中的实际应用

柔性可穿戴电子传感器在生活中主要被应用于检测人体健康与防范疾病、运动监测。柔性可穿戴传感器可以作为健康监测的一种途径对人体的心跳、脉搏以及睡眠状况进行有效的监测，同时，设备能够在不影响人体运动状态的前提下长时间的采集人体日常心电数据，不断的感知人体状况、获取监测数据，并不断对监测数据进行科学分析，为人体的健康状况提供一定的评估结果，使得用户能够及时根据数据的反馈结果去就医，有力保障了人们健康，提高了人们的生存质量。同时，柔性可穿戴电子传感器所具有的优势特点能够在人体的运动检测中全方位的实现监测，并且能够对检测数据的准确性以及及时性给予高度保证，最重要的是柔性可穿戴传感器的便携性可以让用户随时随地，不限地点场合实现对运动数据的监测。

3.柔性可穿戴电子传感器的发展趋势

（一）需要不断采用新材料，创新信号转换机制来扩大压力扫描的范围，满足不同场合的实际需要。

（二）不断利用先进的科技手段发展低能耗和自驱动的可穿戴传感器，不断升级电池微型化技术，延长设备的工作时间。

（三）不断提高柔性可穿戴电子传感器的灵敏度、响应时间、检测范围、集成度和多分析等使用性能，同时要利用新工艺降低柔性可穿戴传感器的制造成本。

（四）大力发展无线技术，采用与移动终端相结合的方式，并建立统一的云服务，以便实现数据的实时传输以及分析处理，最后反馈给用户，以便用户及时发现问题解决问题。

4.总结与展望

柔性可穿戴式电子传感器如今已应用于临床诊断、运动健康监测方面，但也许在不远的将来，柔性可穿戴式电子传感器会被应用与其他方面，如军事，航天航空等，而且随着经济的发展，可穿戴式电子传感器会越来越民用化，会有越来越多的人可以使用可穿戴式电子传感器。毫无疑问，可穿戴式电子传感器将展现出巨大的市场前景。因此，我们需要不断在其使用材料上进行创新，充分挖掘适应柔性可穿戴传感器进一步发展的新材料，并不断开发新工艺，降低其制造成本，促进该行业的进一步发展。