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    作者:張行勇  高久偉 來源:中國科學報 發布時間:2022/4/28 21:19:33
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    西工大等研發成功一種柔性可穿戴應變纖維傳感器

     

     超強可拉伸纖維應變傳感器性能表征及人體健康監測應用。

     超強可拉伸纖維應變傳感器。

     跑步狀態監測。  圖片均由論文作者提供

    柔性可穿戴電子系統作為新型的便攜式電子設備,在人機交互、狀態監測、醫療保健等領域具有廣泛應用。性能優越的可穿戴電子系統通常需要堅韌的材料來保證其耐用性和穩定性。由于纖維狀的電子材料更易于集成到可穿戴設備中,且具有優良的結構靈活性,從而成為可穿戴電子系統中必不可少的基本組件。然而,制備兼具較高機械強度和優異拉伸性能的纖維材料仍然極具挑戰。

    西北工業大學黃維院士團隊王學文教授課題組與北京理工大學教授宋維濤合作,在新出版的《先進材料》( Adv. Mater.)報道了一種可用于人體健康監測的柔性纖維應變傳感器。

    據王學文教授介紹,在這項工作中,他們研發團隊巧妙地利用外層與內芯力學性能耦合的策略,以一種高強度、高彈性的新型聚氨酯(PU)作為導電纖維傳感器的內芯,極大的增強了纖維應變傳感器的力學性能,實現了同時具備高力學強度和優異拉伸性能的柔性纖維傳感器,解決了機械性能與拉伸性能難以兼容的難題。

    此外,他們還利用靜電紡絲技術實現了不同直徑纖維傳感器的可控制備,并通過微纖維網絡結構以及封裝層的共同作用,極大的降低了纖維傳感器的恢復遲滯性。

    據了解,該新型纖維應變傳感器同時具有優異的應變范圍(~700%)和較高的拉伸強度(~17.6 MPa)。在應變檢測中表現出高靈敏度和超高的應變分辨率(0.0075%),且可實現對0-40Hz低頻振動信號的精準監測。該研發團隊將高性能纖維應變傳感器植入到衣服中,研制了柔性可穿戴智能健康監測系統,該智能電子服裝可實現對身體震顫、脈搏、呼吸、手勢及6種人體運動姿態的實時監測。

    相關專家認為,該成果將有助于推動健康評估與疾病診斷技術向智能化、高效化、精準化等方向發展,為改進和提升醫療信息傳遞、處理的效率和質量提供新的思路,將促進遠程醫療、“無人”醫療、智慧醫療等變革性醫療技術的發展,為智能時代的實現提供重要的技術儲備。

    據悉,該項工作得到了國家重點研發計劃(2020YFB2008501)、國家自然科學基金(11904289,61960206007)、陜西省自然科學基金(2019JQ-613)、陜西省重點研發計劃項目(2020ZDLGY04-08、2020GXLH-Z-027)、寧波市自然科學基金項目(202003N4003)、中央高?;究蒲袠I務費、西北工業大學翱翔海外學者等經費的支持。

    文章相關信息: https://doi.org/10.1002/adma.202107511

     
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