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印刷制备可穿戴曲线阵列传感器

随着智能终端的普及,可穿戴电子设备展现出巨大的市场前景。传感器作为可穿戴设备最重要的核心部件之一,将对其未来发展发挥关键作用。随着传感器向微型化、智能化、网络化和多功能化的方向发展,同时测量复杂参数的高集成传感器需要制造工艺和分析技术的创新。中国科学院化学研究所宋延林研究员课题组利用绿色纳米印刷技术,制备了基于微纳米曲线阵列的柔性应力传感器,实现了多重复杂信号的分析和传感。


印刷制备可穿戴曲线阵列传感器


印刷技术是实现材料图案化的有效方式,但传统的印刷技术制造精度通常在数十微米,且需要经过感光刻蚀等复杂、污染工艺,大大限制了其在微纳米器件制造领域的应用。宋延林研究员课题组近年来致力于推动印刷技术的绿色化和功能化发展,并利用印刷技术实现纳米材料组装及功能器件制备。他们利用硅柱阵列作为模板,与含有金属纳米颗粒的组装液及柔性薄膜构筑了类似传统印刷过程中“印版、油墨和纸张”的三明治结构。随着溶剂的挥发,气-液-固三相接触线有序收缩,从而得到周期与振幅精确可控的曲线液桥,最终纳米颗粒在柔性薄膜上组装形成高精度的微纳米级导电曲线阵列,进而制备得到对微小形变有灵敏电阻响应的传感器。不同周期和振幅比的曲线阵列传感器对应变的电阻响应曲线有明显差异。将传感器贴在被监测者的皮肤上进行数据采集与分析,可以实时监测人在不同环境和心理条件下体表微形变的相关生理反应,可用于表情识别、脉搏监测、心脏监护和远程操控等领域。


这种高精度、高灵敏传感器的印刷制造方法大大突破了传统印刷技术的精度极限,将有力推动印刷制造可穿戴电子和其它微纳米功能器件的发展和应用。该研究成果在近期出版的Advanced Materials作为VIP论文发表(DOI:10.1002/adma.201504759)。





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