柔性可穿戴傳感器可用于檢測生命體征或作為電子皮膚，在人工智能、生物醫學領域具有巨大的應用潛力，上海理工大學超精密光學制造團隊盛斌副教授領導的柔性器件研究小組在柔性可穿戴傳感器研究方面取得系列研究成果。近日該研究團隊以 “Improved sensitive conductive sponge sensors with tunnel-crack broadening for pressure, humidity and temperature sensing applications”（一種用于壓力、濕度和溫度傳感的隧道裂紋展寬增敏導電海綿）為題發表于國際權威傳感器學術刊物《Sensors and Actuators B : Chemical》（傳感器與執行器B: 化學，化學大區1區，影響因子7.460）上，2019級碩士研究生佟健豪為第一作者，盛斌副教授為通訊作者。
圖一 納米裂紋增敏柔性傳感器的制備工藝及工作原理
該研究提出了一種簡單酸蝕擴展三維導電海綿納米裂紋寬度的新方法，可顯著提高傳感器壓力、濕度和溫度傳感的靈敏度。研究者首先在柔性聚氨酯海綿上采用離子濺射法制備鎳導電海綿樣品，然后進行機械壓縮和酸蝕，從而進一步提高傳感靈敏度，并指明了傳感器宏觀電阻變化與平均納米裂縫寬度變化之比(ΔR/Δd)以及隧道初始裂縫寬度近似成指數關系的工作規律（圖一）。柔性傳感器對壓力、濕度及溫度等參數均表現高敏感性，其壓阻靈敏度為257.5 kPa-1，提升幅度是未酸蝕樣品的3000倍以上；同樣，簡單的酸蝕作用可以使濕度和溫度靈敏度分別提高46000倍(69.96 kΩ/1%RH)和41倍(TCR=1.770 C-1)。
圖二 新型多功能柔性傳感器的應用舉例
該柔性傳感器在寬工作范圍內具有高靈敏度以及超低檢測極限，可以對包括脈搏、呼吸、出汗等不同生理信號進行實時監測（圖二），并可應用于智能開關、電子皮膚等智能設備。傳感器更高的靈敏度可以實現對生理信號更高的監測精度，發現更小的信號波動從而可以對信號進行更精細的判斷和匹配，進一步的提升可穿戴傳感器的監測準確性。同時，該多功能柔性傳感器經過組合和處理后可以進一步提高傳感器集成度、降低制作成本，有助于實時監測人體健康狀況，具備廣闊的應用潛力。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400522001393