柔性可穿戴感測器作為穿戴式電子系統的重要組成部分，在個人健康監護、人機互動體

系以及人造電子面板等領域具有廣闊的應用前景，是當下最前沿的研究領域之一。

編輯：感知芯視界

據報道，近期，上海大學張建華團隊於中國《自然雜誌》發表綜述文章，概要介紹了不同型別的柔性可穿戴感測器的研究現狀，同時對柔性感測器大面積陣列製造所面臨的挑戰及新方法進行了闡述和分析，最後展望了柔性感測器未來的發展趨勢。

柔性壓力/應變感測器

近年來，科學家們基於新型功能奈米材料和微納結構，已經研製出多種高靈敏度、快響應的壓力/應變感測器。上海大學張建華團隊利用新型二維材料MXenes（Ti

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）的優良導電性和天然織物表面波浪形的微結構，設計並製備出一種柔性織物壓阻式壓力感測器，如圖1（a）所示。該柔性感測器具有靈敏度高、響應快速的優勢，可滿足人機互動介面、脈搏監測、語音識別等柔性場合應用需求。

圖1 柔性織物壓阻式壓力感測器：（a）結構示意圖；（b）工作機理示意圖；（c）語音識別應用圖

柔性溫度感測器

溫度感測器在監測人體體溫和感知環境溫度方面發揮著至關重要的作用。目前大多數柔性溫度感測器的工作原理是基於溫度敏感材料在不同溫度下其導電特性的變化來實現體溫檢測的。有研究人員提出一種以Ti

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奈米顆粒-薄片複合網路材料作為溫敏導電材料，熱膨脹係數較大的聚二甲基矽氧烷（PDMS）作為基板的Ti

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-PDMS柔性溫度感測器。隨著溫度升高，PDMS基板發生各向同性熱膨脹，使附著在上面的導電網路材料產生更大尺寸裂紋，進而引起器件電阻值的變化，實現對溫度的檢測。將其擴充套件為4 × 4的陣列感測器可成功繪製出手指、水杯和紫外燈等具有溫度的物體的位置分佈，表明其在近場物體溫度分佈檢測方面的巨大潛力。

圖2 基於Ti

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/PDMS的溫度感測器器件：（a）不同溫度下器件表面導電材料裂紋的尺寸變化圖；（b）溫度分佈識別應用圖

柔性溼度感測器

與柔性溫度感測器類似，柔性溼度感測器的典型策略是檢測不同溼度水平下各種感測材料的電導率變化。二維過渡金屬碳化物MXenes具有獨特的富羥基奈米結構，親水性佳，因而受到溼度感測器研究人員的青睞。吉林大學研究人員提出了一種經氫氧化鈉（NaOH）溶液處理的鹼化MXenes（AMX）材料，由於鹼金屬離子的插層和表面末端氧-氟的增加，AMX器件具有優異的溼度靈敏度，如圖3所示。

圖3 基於AMX的溼度感測器：（a）AMX表面H

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O分子吸附的工作機理示意圖；（b）基於MXenes和AMX的器件對溼度的響應對比

柔性光學感測器

常見的光學感測器是基於光電原理，因此光學感測器也常被稱作光電探測器，在環境監測、影象感測、監控、智慧手機等領域都有十分重要的應用價值。上海大學張建華團隊提出一種基於超小氧化鎳（NiO

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）奈米晶體材料的有機光電二極體（OPD），利用NiO

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高的最低未佔軌道能級阻斷了來自外部偏置的暗電流，使所製造的OPD暗電流降低了一個數量級以上，如圖4（b）所示。

圖4 基於NiO

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的OPD：（a）結構示意圖；（b）有無NiO

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的兩種器件在黑暗/有光條件下的電流密度對比圖

基於薄膜電晶體（TFT）的柔性陣列感測器

薄膜電晶體（TFT）由於具有高密度製造、高解析度、節能化、輕便化等特性，已成功地作為有源元件應用於顯示領域。藉助於TFT的訊號放大功能和柔性陣列製造優勢，將其與傳統柔性感測功能單元整合起來，可提高感測的靈敏度和維度。這種基於TFT的感測技術為解決感測器在柔性襯底上陣列化提供了極大的潛力和發展空間。有研究人員設計並製備了一種基於有機TFT的低功耗、高靈敏度的柔性有源壓力感測陣列，該5 × 5有源陣列的空間解析度為12。83 ppi，可映射出字母“E”的平面位置，可與人類的觸覺感知相媲美。

圖5 柔性有源壓力感測陣列：（a）器件結構示意圖；（b）字母“E”和器件對其位置對映圖

綜上所述，柔性可穿戴感測器在康復醫療、人機互動、電子面板等多領域有廣泛的應用，但未來仍面臨著一些困難需要克服和深入研究，包括如何實現柔性感測器的多引數化並增強感測器的可穿戴性。此外，現階段的柔性可穿戴感測器僅能檢測外部刺激，然而人體面板的感知系統不僅能夠感知外部刺激還能儲存刺激、分析刺激並對刺激做出響應。因此，如何使柔性可穿戴感測器具有類似面板的感知與記憶功能從而實現智慧感知是下階段柔性可穿戴感測器研究的重點與難點。

論文連結：

http：//dx。doi。org/10。3969/j。issn。0253-9608。2022。04。003

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