一种用于可穿戴生理传感的具有防水微柱结构的柔性高灵敏度双模温度–压力传感器

《ACS Applied Polymer Materials》：A Flexible, Highly Sensitive Dual-Mode Temperature–Pressure Sensor with Waterproof Micropillar Structures for Wearable Physiological Sensing

　　

摘要

柔性电子设备因其可穿戴性和皮肤兼容性，在健康监测领域展现出巨大潜力。全面的健康评估依赖于多维生理信息，而仅靠单模态传感难以实现这一目标。因此，开发多模态高性能传感器具有重要意义。本研究提出了一种用于同时检测温度和压力的柔性传感器。温度敏感层是通过将纺织纤维基底反复浸入聚苯胺 (PANI)、还原氧化石墨烯 (rGO) 和硅橡胶 (SR) 的均匀复合材料中制成的，从而形成一种稳定的三维导电网络，该网络通过其固有的热敏性对温度作出响应。微观结构表征和传感机制分析揭示了导电材料与纤维基底之间的结合状态，阐明了导电网络的形成机制。该层在 25 至 60 °C 范围内表现出稳定的传感性能，电阻温度系数为 ?1.14%/°C。压力敏感层基于电容机制运作，采用由 3D 打印模板制成的 AB 胶微结构。该设计实现了 0–137.1 kPa 的宽检测范围，并且在 0–0.9 kPa 范围内的灵敏度为 1.11 kPa^–1。为了减少信号耦合，采用微结构封装策略在物理上分离了两个传感通路，降低了交叉灵敏度，并能够在复杂环境中实现可靠的多模态监测。最后，该传感器在人体关节运动监测、交互式安全输入和智能用水分析等应用中得到了验证，展示了其在可穿戴电子产品和智能家居系统中的潜力。