柔性可穿戴传感器制备及脉搏检测应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

传感器技术作为现代信息技术三大支柱之一,是第三次技术革命和信息社会的基础,是当代科学技术发展的重要标志.近年来，由于柔性电子器件在消费电子市场、军事、医疗健康等电子信息产业领域表现出了极大的应用潜力，发展新型可贴附、可穿戴、便携式柔性电子学器件势在必行.纳米可穿戴传感器是一种用于实现仿人类感知功能的人造柔性电子器件,可作为电子皮肤应用于智能机器人及医疗设备等,是未来人类生活的重要组成部分.

随着研究的进一步深入以及各学科的广泛交叉，更多柔性、拥有良好电学性能的材料将被开发出来应用于可拉伸感器。制备工艺方面，目前以光刻为代表的微加工技术，具有较高的加工成本，复杂的工艺，且工艺对材料的巨大浪费等弊端，无法适应未来高性能柔性可穿戴器件的大规模、低成本、高效、清洁制造。最近几年发展的以印刷电子、3d打印为代表的印刷制造技术，以其材料普适性、柔性基材适用性、便捷的可定制性、大规模连续生产的高效性，尤其是其增材制造工艺的清洁环保性，迅速得到了科学研究与工业生产的广泛关注。特别是印刷电子技术的迅速发展，打印印刷技术以其高效、环保的增材工艺，正在推动新兴印刷电子工业向功能化、器件化印刷制造的方向发展。以柔性电子器件为代表的新型印制电子器件，在先进制造方面展现出巨大的活力。

现在，尝试合成具有人体感知特性的多功能柔性可穿戴传感器件，已经成为当代工业发展的需求。目前，有着多样化传感组件的人工智能电子设备可以区分不同的物理刺激，包括应变、弯曲、温度和湿度，而自恢复和自发电的高密度柔性超薄电子设备将是下一代多功能传感器件，应用于机器人，健康监测器，医学监控设备，将会为人类生活进步带来重大意义。

2. 研究内容和预期目标

本项目是基于压阻原理,开发一种兼具高柔弹性,透明(或部分透明),轻量,可调节(灵敏度,测量范围)的压力传感器阵列.主要从以下几个方面进行研究:

(1) 兼具柔性和弹性的导线与电极的制备

(2）自然/多维拉伸状态下电极与导线的导电性探究

3. 研究的方法与步骤

(1)利用纳米复合材料制作压力传感器阵列导线和电极,探究实现阵列柔弹性的工艺参数.

(2)使用弹性模版理论,仿生设计,纳米光刻,电子束蒸镀,溅射和3d打印等方法实现柔性可穿戴传感器的设计与制作.

(3)利用电极和压阻材料表面金属化,高分子模具的使用,触点的引入等设计制作方法延长可穿戴传感器的使用寿命,增加了传感器的柔顺性,提传感单元的可靠性和灵敏度.

4. 参考文献

[1] maheshwari, v.,saraf, r. tactile devices to sense touch on a par with a human finger. angew. chem. int. ed. 2008, 47, 7808.

[2] xiandi wang, lin dong, hanlu zhang, ruomeng yu, caofeng pan, zhong lin wang, recent progress in electronic skin, advanced science, 2015, 2,1500169.

[3]clippinger fw,avery r,titus br.a sensory feedback system for an upper-limb amputation prosthesis.bull prosthet res1974;10-22:247–258.

5. 计划与进度安排

1. 2022.03-2022.04

   调研有关纳米可穿戴传感器的文献,进行归纳总结.

2. 2022.04-2022.05

   设计具有一定拉伸率和弯曲度的电极,进行电极阵列的制备工艺实验和可穿戴传感器的理论基础研究；对电极与导线进行表面处理，提高电极与导线的拉伸性能和使用寿命.

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