【摘 要】
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柔性可穿戴传感器凭借柔性、可形变的特性而备受关注,柔性器件可以广泛应用于人体健康监测、机器人智能传感、人机交互、医疗康复等诸多领域,具有很好的发展前景。基于传统集成电路的柔性器件制备工艺已经发展成熟,但是由于其较高的制备成本以及对材料的要求严格等问题,限制了该工艺在制备柔性器件领域的应用。目前已经发展了多种新型柔性器件制备工艺,如丝网印刷、掩模喷涂以及静电纺丝等工艺,具有制备流程简单、成本低以及易
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柔性可穿戴传感器凭借柔性、可形变的特性而备受关注,柔性器件可以广泛应用于人体健康监测、机器人智能传感、人机交互、医疗康复等诸多领域,具有很好的发展前景。基于传统集成电路的柔性器件制备工艺已经发展成熟,但是由于其较高的制备成本以及对材料的要求严格等问题,限制了该工艺在制备柔性器件领域的应用。目前已经发展了多种新型柔性器件制备工艺,如丝网印刷、掩模喷涂以及静电纺丝等工艺,具有制备流程简单、成本低以及易于大规模制备的优点,而且上述工艺对材料的要求较为宽松,可以激发柔性器件在多种传感领域的探索。但是基于新型微纳工艺制备的大部分柔性传感器只具有一种传感功能而不适用于人体丰富的健康信号及姿态信息的检测。因此,开发集成不同功能传感的柔性传感器件逐渐成为重要的研究方向。在这项研究中,我们提出了一种柔性可拉伸的多功能集成传感器,该传感器具有三个传感模式,它们分别是拉伸应变-液体水分子-压力应变传感。该集成传感器件主要基于叉指电容器和平行板电容器的工作原理,以聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料作为柔性基底,通过掩模喷涂工艺在基底上制备了基于银纳米线（Ag NWs）材料的叉指结构导电电极,且该柔性器件制备工艺具有批量生产和低成本的特点,而蚕丝蛋白可以感知空气中的液态水分子,因此作为叉指电极之间的感知湿度的电介质材料。拉伸应变传感模式主要基于叉指电容器的工作原理,通过外力引起的指状电极间距的变化实现X和Y轴两个方向的拉伸应变检测。基于平行板电容工作原理的压力应变传感模式可以最大检测55 k Pa的外部压力刺激,并且该工作模式最大灵敏度达到0.117 k Pa-1。此外,液态水分子传感模式主要采用曾经报道的蚕丝蛋白材料特异性选择吸收空气中液态水分子的方案,在加湿5 s后该模式下电容响应可以增大到435.4%。该传感器集成了拉伸应变-液体水分子-压力应变三种传感,此多功能传感器可以用作人机交互设备,还可以实现对人类呼吸监测和手指关节弯曲的感知,因此该设备在柔性可穿戴传感领域具有广泛的应用。
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