中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
可穿戴柔性電子器件，因其柔性/拉伸性、質(zhì)輕、成本低、便攜等特性，被廣泛應用于人體運動(dòng)/人體健康的實(shí)時(shí)監測、人機/腦機交互以及機器學(xué)習等領(lǐng)域。但目前仍存在靈敏度及響應速度較低、檢測下限較高、檢測范圍較窄等問(wèn)題，器件基礎性能仍有待提高。同時(shí)，在真實(shí)的應用場(chǎng)景中，其亦存在穩定性、抗環(huán)境干擾能力不高，規?；a(chǎn)困難等挑戰。要解決這些問(wèn)題，設計性能優(yōu)異且多功能的材料體系以及合理的器件結構最為關(guān)鍵。
近年來(lái)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員陳濤團隊在高性能、多功能可穿戴柔性傳感器件方面取得了階段性的進(jìn)展（ACS Nano, 2019, 3, 4368-4378；Nano Energy, 2019, 59, 422-433；Chem. Mater. 2018, 30, 4343-4354；J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 5140-5147；J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6666-6671）。通過(guò)碳管/石墨烯二維薄膜與PDMS/Ecoflex等彈性體的有效復合，賦予了器件多重且優(yōu)異的性能，包括超高靈敏度、寬檢測范圍、低檢測下限，自粘附功能等，并在器件規?；a(chǎn)上進(jìn)行了初步嘗試。
最近，該團隊在J. Mater. Chem. A上報道了一種自保護、可重復使用、高靈敏度的織物傳感器，題為Self-Protective, Reproducible Textile Sensor with High Performance towards Human-Machine Interaction (DOI: 10.1039/C9TA10744D)。在該工作中，研究人員針對織物基傳感器容易受到外界機械化學(xué)環(huán)境干擾的問(wèn)題，特別是人體表皮的汗液、油脂以及穿戴磨損對器件的長(cháng)期穩定使用的阻礙，設計了一種超疏液、耐磨損、高靈敏度的電子織物（SPRET）。SPRET由三部分材料組成，包括織物基底，以及由通過(guò)化學(xué)鍵等強相互作用穩定在織物表面的碳管導電網(wǎng)絡(luò )和多功能的聚合物涂層（圖1）。其表現出了對多種日常試劑的排斥，在膠帶磨損以及洗滌試驗后其疏液、傳感性能幾乎保持不變（圖2、3），并實(shí)現了在汗液/水環(huán)境下對人體運動(dòng)的無(wú)損檢測以及對機器人的精準控制（圖4），以及在機器人學(xué)習上進(jìn)行探索，使得堅硬的機器手在抓取脆性的物件如雞蛋時(shí)既能完成抓取任務(wù)，又能保證雞蛋不破碎（圖5）。所設計的柔性傳感器在長(cháng)期、連續、可靠監測人類(lèi)行為方面表現出了實(shí)際性的應用潛能。
以上工作得到國家自然科學(xué)基金（51803226、51573203）、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）、中科院國際合作局（174433KYSB20170061）等的資助。
