InfoMat:类皮肤物理信号传感器

皮肤是人体最大的器官,具有保护内部器官、调节体温、感觉环境等多种功能。近年来,在皮肤的启发下,柔性可穿戴式电子器件、植入式电子器件等新型电子器件吸引了广泛的研究兴趣。其中,能感知力学、光学、电学、温度、湿度等信号的柔性物理传感器因其在远程医疗、健康管理和人机交互等领域的重要应用而倍受关注。

近日,清华大学张莹莹团队在InfoMat上发表了题为“Physical sensors for skin-inspired electronics”的综述。文章综述了类皮肤力学传感器、温度传感器、湿度传感器等柔性物理信号传感器方面的研究进展,探讨了各种传感器的工作原理、关键材料、器件结构和性能,并概述了其在健康检测、疾病诊断治疗、智能机器人等领域的应用。此外,文章也讨论了类皮肤物理信号传感器的几种独特性能,例如多信号感知、自修复、可植入性等。最后,探讨了类皮肤物理信号传感器在实际应用中面临的主要挑战、解决方案及其未来发展。

首先,论文介绍了类皮肤力学传感器(压力和应变传感器)、温度传感器和湿度传感器。其中,按照工作机理,将机械传感器分为电阻式、电容式、压电式、摩擦电式等类型;将温度传感器分为电阻式温度探测器、热敏电阻型、热电型和热释电型温度传感器;将湿度传感器分为电阻式、电容式以及湿度依赖的发电式湿度传感器。同时,详细探讨了各类传感器的关键材料和器件结构。

柔性电子领域的快速发展对类皮肤物理信号传感器提出了更多的需求,除柔性、可拉伸性、传感等基本性能外,一些类皮肤的新功能(如多信号感知、自愈合性)的实现也受到越来越多的关注。因此,论文进一步讨论了类皮肤物理信号传感器在多信号感知、自愈合、可植入等方面的研究进展。

最后,论文探讨了类皮肤物理信号传感器在实用化进程中面临的挑战。包括不同物理信号之间的互扰、如何解决柔性传感器的供能问题、不同类型传感器的方便集成以及传感器与人体的高效交互等,并讨论了可能的解决方案。该文有助于系统了解类皮肤物理信号传感器领域的基础知识与最新进展,并启发新型柔性物理传感器的设计与制备。

该工作发表在InfoMat(DOI: 10.1002/inf2.12060)上。

团队简介:

清华大学张莹莹课题组围绕纳米碳材料、丝蛋白材料及其复合材料开展研究,通过材料的结构设计与可控制备、物理与化学性能研究,开发新型的柔性可穿戴材料、高性能传感器件与智能可穿戴系统。更多情况参见课题组主页:www.yyzhanggroup.com