【摘 要】
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近年来,随着可穿戴电子设备的快速发展,柔性压力传感器在人机交互、电子皮肤、健康监测、疾病防控、运动跟踪等领域得到了广泛关注。由于传感性能、力学性能、抗疲劳性能仍有提升空间,柔性传感器的发展一直存在挑战。本文报道了一种以离子凝胶（Ionogel）为基础的压力传感器,通过调节其形态、构型等,实现人体运动及多种生理信息的实时跟踪与监测。该离子凝胶为双网络（Double-Network,DN）结构,由聚二
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近年来,随着可穿戴电子设备的快速发展,柔性压力传感器在人机交互、电子皮肤、健康监测、疾病防控、运动跟踪等领域得到了广泛关注。由于传感性能、力学性能、抗疲劳性能仍有提升空间,柔性传感器的发展一直存在挑战。本文报道了一种以离子凝胶（Ionogel）为基础的压力传感器,通过调节其形态、构型等,实现人体运动及多种生理信息的实时跟踪与监测。该离子凝胶为双网络（Double-Network,DN）结构,由聚二甲基丙烯酰胺（PDMAAm）有机网络与二氧化硅颗粒无机网络构筑而成,携带离子液体（Ionic Liquids,ILs）,在外力作用下,由Ionogel应变而导致凝胶网络结构中非导电组分与导电组分产生微小相对物理位移,引起输出电阻信号波动。本文首先制备得到了压阻性能和机械性能兼备的Ionogel,组装以构建柔性压阻器件,对基础人体关节运动进行了传感监测及跟踪,取得了良好的效果。进而通过复合材料设计和结构构筑两种方式制备了四种高性能压力传感器:离子凝胶/织物（Ionogel/Textile）、纳米纤维素/离子凝胶（Nano Cellulose-Ionogel,NC-Ionogel）、编织结构离子凝胶（Interleaving Alignment-Ionogel,IA-Ionogel）及棱锥阵列结构离子凝胶（Pyramidal Array-Ionogel,PA-Ionogel）。由于织物、纳米纤维素的引入,提供了延展性支撑基质,补充压阻性能的同时提高了Ionogel传感器的机械性能,降低了压阻响应信号的滞后性。利用凝胶成型可调特点,制备单根线状Ionogel,进而采用多根同向排列及多根经纬交织排列两种方式,构筑了Ionogel编织结构;此外,制备得到了棱锥阵列结构Ionogel,进一步组装双层相对棱锥阵列Ionogel,编织与棱锥阵列结构Ionogel均可单独用于人体生理信号及运动行为的传感与监测（无需外加叉指电极）,具有高灵敏度高稳定性等优良特点。其中,Ionogel/Textile传感器的灵敏度可达到86.90 k Pa-1,响应快速及时,稳定性强,可实现人体步态特征的分析与识别;NC-Ionogel传感器具有较宽的传感范围（0～2500 Pa）,可用于日常关节弯曲监测;IA-Ionogel及PA-Ionogel传感器能够用于监测人体心跳、呼吸、动脉波动等生理信号,个体声音特征信息、面颌部动作、关节弯曲以及不同步态。本论文所制备离子凝胶为主体的压阻器件可以作为柔性可穿戴传感设备在人体健康诊断、康复治疗评价、实时运动跟踪、特征信息识别、智能辅助人机交互等领域发挥广泛的应用潜力。
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