纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展

可穿戴设备的兴起使得对柔性器件的需求日益提高,柔性导电材料作为可穿戴器件的重要组成部分而成为研究的热点。传统的电极材料主要是金属,因金属材料本身不具有柔性,一般通过降低金属层厚度以及设计波纹结构等策略实现其在柔性器件中的应用,其加工程序复杂,成本较高。以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料兼具良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性导电材料领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来纳米碳材料在柔性导电材料领域的研究进展,首先介绍了碳纳米管基柔性导电材料,分别包括基于碳纳米管水平阵列、碳纳米管垂直阵列、碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维的柔性导电材料;继而介绍了石墨烯基柔性导电材料,包括基于剥离法制备的石墨烯和化学气相沉积法制备的石墨烯以及石墨烯纤维基柔性导电材料;并简述了碳纳米管/石墨烯复合柔性导电材料;最后论述了纳米碳材料基柔性导电材料所面临的挑战并展望了其未来发展方向。     

导电水凝胶基柔性电子传感系统——柔性电子创新实验设计

导电水凝胶兼具生物医用材料和导电材料特征,可应用于医疗康复、运动监测和人机交互等领域。为提高柔性电子学专业本科生的创新意识与实验技能,本实验设计了一种纳米凝胶材料交联的导电水凝胶,通过探索加聚型水凝胶聚合过程中引发剂浓度和交联机制,阐明材料结构组分对水凝胶基柔性电子器件使用耐久性能及传感性能的影响。通过创新实验设计,柔性电子学专业本科生可以学习到高分子乳液聚合、水凝胶制备以及应力应变传感性能表征等知识点,深入理解交联剂结构设计对材料功能性的影响。此外,本实验还设计了基于水凝胶柔性电子传感器的可穿戴传感系统,通过集成可控制小车移动的智能手套,以及用于控制电脑游戏的水凝胶控制器,将前沿科研与本科实验教学任务紧密结合,有利于激发柔性电子、材料、电子信息等专业本科生对于科研的兴趣和创新探索的科研精神。     

一种高透明、可拉伸导电水凝胶的制备及其在电容传感器中的应用

导电水凝胶由于具备良好的电学特性、可调节的机械性能、易于加工性和生物相容性等,是制备柔性电子设备的理想基材。本文使用马来酸与丙烯酰胺作为共聚单体,氯化锂作为导电离子,N,N'-二甲基双丙烯酰胺作为交联剂,使用光引发剂,采用原位光聚合的方式制备了一种导电水凝胶。制得的水凝胶可见光透过率高达93%,最大拉伸形变~380%,导电率最大为12 S/m。鉴于其优异的综合性能,实验中使用导电水凝胶制备了电容传感器并应用于人体活动监测。结果表明,制备的导电水凝胶电容传感器对不同程度的手指弯曲形变和不同力度的手指触碰均表现出灵敏的响应行为,为未来可穿戴柔性电子产品的发展起到了一定的推动作用。     

导电水凝胶的制备

作为一种新型的功能材料,导电水凝胶已经引起广泛的关注。本文根据目前的研究现状,将导电水凝胶大致分为聚电解质导电水凝胶,酸掺杂导电水凝胶,无机物添加导电水凝胶以及导电高分子基导电水凝胶等几大类,并综述了它们的制备方法。另外,由于大分子体系的导电高分子和水凝胶都有着独特和重要的性能,这使得它们具有广阔的应用价值。所以,本文在综述导电水凝胶制备进展的同时着重综述了导电高分子基导电水凝胶的制备进展。     

柔性可穿戴传感器及其应用研究

可穿戴传感器可以贴合人体皮肤或与纺织品整合用于监测人体生理状况,具有较高灵敏度和集成性。近年来,可穿戴传感器已被广泛应用于汗液、呼吸、心率和血氧等生理状况的监测。由于可穿戴传感器需要长时间舒适穿戴于人体,并且需要避免人体活动产生的形变影响,因此,柔性是评价和改良可穿戴传感器的一个重要参数。本文首先综述了不同柔性材料的研究进展,概括了基于不同柔性材料的可穿戴传感器的构建及应用,最后讨论了这些柔性可穿戴传感器当前面临的挑战、应对策略以及未来的发展方向。     

柔性可穿戴电子传感器研究进展

随着智能终端的普及,可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景.传感器作为核心部件之一,将影响可穿戴设备的功能设计与未来发展.柔性可穿戴电子传感器具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点,使其成为最受关注的电学传感器之一.综述了近年来柔性可穿戴电子传感器的研究进展,包括压阻、电容、压电、力致发光和摩擦电等信号转换机理,金属、无机半导体、有机和碳材料等柔性可穿戴电子的常用材料,柔性电子传感器的印刷制造及其在体温和脉搏检测、表情识别和运动监测等方面的最新应用,最后提出了柔性可穿戴电子传感器面临的挑战与未来发展方向.     

可视化柔性可穿戴传感器研究进展

柔性可穿戴传感器具有轻质、共形性好和生物安全性高等特点,在军事、医疗健康和运动等领域展现出广阔的应用前景。可视化是柔性可穿戴传感器的一个重要发展方向,对于丰富传感器功能和扩展其应用领域具有重要意义。本文综述了近年来可视化柔性可穿戴传感器的研究和应用进展,总结了现有的可视化传感器种类及其作用机理,重点介绍了基于发光或变色进行可视化传感的柔性可穿戴传感器。最后,讨论了可视化柔性可穿戴传感器所面临的机遇和挑战。     

水凝胶仿生柔性电子学

水凝胶力学性质与生物组织相似,生物相容性好,在生物电子学领域具有独特的优势.受生物组织——如皮肤、神经、肌肉等启发,发展了具有仿生结构和功能的水凝胶材料.以这种水凝胶材料制作而成的柔性电子器件具有感知温度、压力、应变、电场等外界刺激的功能,可模拟生物组织的传感能力,在仿生电子皮肤,人工肌肉,人工神经等领域具有重要的应用...     

PANI导电水凝胶的制备及其进展

导电水凝胶结合了水凝胶和导电高分子电性能的独特特性,并且具有特殊三维网络结构。其中聚苯胺(PANI)由于其独特的导电性能得到了广泛应用,因此PANI导电水凝胶是导电水凝胶中研究最为广泛的。本文综述了PANI导电水凝胶的制备方法及其发展,详述了PANI导电水凝胶的四种制备方法:直接填充、原位聚合、化学交联和物理交联。其中,利用直接填充和原位聚合方法制得PANI水凝胶是较传统的方法,获得的PANI水凝胶是由绝缘的水凝胶组分和导电的PNAI组分组合在一起,电化学性能不高。化学交联法的应用提高了导电水凝胶的电化学性能,物理交联法应用较少。最后,对导电水凝胶材料的应用以及未来发展方向进行了展望。     

柔性可穿戴传感器件与储能器件的发展现状与挑战

随着人们生活质量与对可穿戴监测设备需求的提高以及物联网、人工智能和人机交互等科技水平的发展,能够对人体生命体征信号采集、转化与识别的可穿戴柔性电子装置成为连接智能生物与非智能机械装置的桥梁. 可穿戴柔性电子器件对人体生命体征信号的采集包括人体脉搏、温度、皮肤应变、呼吸和心跳等指标. 本文总结概述了近年来可穿戴柔性传感器对人体生命信号采集的现状以及存在的问题和挑战,并对可穿戴柔性供能器件做了简要的总结和展望.     

丝网印刷柔性电子器件

有机电子器件的主要优势之一是溶液可处理性,这使得可以通过多种印刷方法制备有机电子器件。丝网印刷作为一种十分成熟的印刷方法,被广泛应用于微电子器件的制备。本文主要从丝网印刷的组成、影响丝网印刷精密度的因素以及丝网印刷在场效应晶体管、太阳能电池、有机发光二极管等柔性电子器件制备中的应用分别作以介绍,并对目前丝网印刷在印刷柔性电子器件中存在的困难和挑战作以总结。     

可穿戴电化学传感器件的研制及其应用

可穿戴电化学传感器件是一种可直接穿戴在身体特定部位、甚至植入用户体内的柔性电化学传感器。其具有简易性、便携性、灵活性等特点,可实时电化学监测与跟踪分析待测物,被广泛用于医疗保健、人体健康和环境监测等领域。该综述概括了可穿戴电化学传感器件的硬件设计与研制,及其在汗液检测、神经化学监测、现场分析检测（POCT）中的应用,总结和展望了可穿戴电化学传感器件的未来发展趋势,以期为可穿戴电化学传感领域的进一步发展提供参考。     

Recent Advances in Flexible Wearable Technology: From Textile Fibers to Devices

Smart textile fabrics have been widely investigated and used in flexible wearable electronics because of their unique structure, flexibility and breathability, which are highly desirable with integrated multifunctionality. Recent years have witnessed the rapid development of textile fiber-based flexible wearable devices. However, the pristine textile fibers still can't meet the high standards for practical flexible wearable devices, which calls for the development of some effective modification strategies. In this review, we summarize the recent advances in the flexible wearable devices based on the textile fibers, putting special emphasis on the design and modifications of textile fibers. In addition, the applications of textile fibers in various fields and the critical role of textile fibers are also systematically discussed, which include the supercapacitors, sensors, triboelectric nanogenerators, thermoelectrics, and other self-powered electronic devices. Finally, the main challenges that should be overcome and some effective solutions are also manifested, which will guide the future development of more effective textile fiber-based flexible wearable devices.     

Paper-based Wearable Electrochemical Sensors: A New Generation of Analytical Devices

Over the past few years, the emergence of electrochemical wearable sensors has attracted considerable attention because of their promising application in point-of-care testing due to some features such as high sensitivity, simplicity, miniaturization, and low fabrication cost. Recent developments in new fabrication approaches and innovative substrates have resulted in sensors able to real-time and on-body measurements. Wearable electrochemical sensors have also been combined with paper-based substrates and directly used on human skin for different applications for non-invasive analyses. Furthermore, wearable electrochemical sensors enable monitoring analytes in different biofluids without complex procedures, such as pre-treatment or sample manipulation. The coupling of IoT to various wearable sensors has also attracted attention due to real-time data collection and handling in remote and resource-limited conditions. This mini-review presents the significant advances in developing wearable electrochemical devices, such as sampling, data collection, connection protocols, and power sources, and discusses some critical challenges for higher performance in this field. We also present an overview of the application of paper as an intelligent substrate for electrochemical wearable sensors and discuss their advantages and drawbacks. Lastly, conclude by highlighting the future advances in wearable sensors and diagnostics by coupling real-time and on-body measurements to multiplexed detection of different biomarkers simultaneously, reducing the cost and time of classical analysis to provide fast and complete overall physiological conditions to the wearer.     

用于柔性超级电容器的凝胶聚合物电解质膜的制备

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)提高戊二醛(GA)交联的聚乙烯醇(PVA)凝胶在1 mol/L的H2SO4溶液中的溶胀度,制备出一种用于柔性超级电容器的凝胶聚合物电解质膜,并对该电解质膜的结构、形貌、溶胀度、力学性能和电导率等进行了表征.在此基础上,组装了一种基于石墨烯电极的柔性超级电容器.结果表明:随着PVP用量的增加,膜孔数量增多且孔径增大,溶胀度增加,电导率提高,但力学强度下降.电解质膜中PVP质量分数为20％时,所组装的柔性超级电容器的比电容为111 F/g,其电化学性能的温度依赖性较低,稳定性较好.     

科技与时尚的结合——柔性可穿戴电池

随着智能便携式电子产品的不断涌现,高功率密度和高能量密度的柔性可穿戴电池得到越来越多的研究和关注。对国内外柔性电池在柔性电极材料、固态电解质、电池结构型式和制备工艺等方面的发展现状进行了总结,对柔性电池现存的问题进行了分析探讨,并对其未来发展方向进行了展望。     

柔性导电高分子复合材料在应变传感器中的应用*

柔性和可穿戴传感器最近十几年来的发展,使得它们在个性化医疗、人机交互和智能机器人等方面拥有良好的应用前景。由导电材料和弹性聚合物组成的柔性导电高分子复合材料具有高的可拉伸性、良好的柔韧性、优异的耐久性等优点,可用来制备传感范围宽、灵敏度高的柔性应变传感器。本文综述了基于柔性导电高分子复合材料的可拉伸应变传感器的分类(填充型、三明治型、吸附型应变传感器)和传感机理(隧穿效应,分离机制,裂纹扩展),并详细介绍了传感器所用复合材料的结构设计,包括内部结构(双逾渗网络、隔离、多孔、“砖混”结构)、表面结构(微裂纹、褶皱结构)和宏观结构(纤维状、网状、薄膜结构)。内部结构设计可降低材料的逾渗阈值,表面结构设计可提高传感器性能,每个宏观结构都有自己的特点。最后对应变传感器的材料选择、制备工艺、结构设计、附加性能、集成技术和应用方向等方面进行了展望。