Small Structures:用于可穿戴电子设备的印刷应变传感器

皮肤作为人体最大的器官,拥有关于健康状况和身体活动的丰富信息。可直接附着在皮肤上的电子设备是获取皮肤信息的重要手段,在过去几年里受到了广泛的关注。一些关键生物信息,特别是身体运动、面部表情、心率、呼吸频率、发声、吞咽等均可以从皮肤的机械变形中获取。因此能够检测皮肤形变的应变传感器是可附着于皮肤的电子设备中被研究最多的装置之一。

制备工艺影响着应变传感器的结构与材料选择,进而影响应变传感器的性能。因此优化制备工艺是提高应变传感器性能的关键。目前,可穿戴电子设备的应变传感器可以用多种方法制备,包括印刷、滴注、旋涂、喷涂、液相混合、化学合成方法、真空过滤和转移、微成型、薄膜沉积和光刻等。与其它制备方法相比,印刷同时具备了节省材料,操作简单,适用于多种基底,精度高等优点。

纽约州立大学石溪分校Shanshan Yao教授团队和北卡罗来纳州立大学Yong Zhu教授团队系统的总结了用于可穿戴电子设备的应变传感器的研究进展,概述了用于可穿戴电子设备的应变传感器的原理及每种原理常采用的材料和结构,并介绍了各种用于应变传感器的印刷方法的主要参数和优缺点。

图一. 印刷应变传感器的原理,制备工艺,及应用。

文章首先综述了应变传感的机制:基于电容变化的应变传感器,基于电阻变化的应变传感器和基于压电效应的应变传感器,强调每种机制的原理及常用的材料和传感器结构。文章然后总结了制备应变传感器的各种印刷方法,包括丝网印刷(screen printing),凹版印刷(gravure printing),材料喷射(materials jetting),热熔化式(materials extrusion)和光固化式(vat photopolymerization),以及每种印刷方法的主要参数和优缺点。另外,介绍了用于可穿戴电子设备的应变传感器的应用,如医疗保健、运动性能监测和人机界面交互。最后,作者们总结了用于可穿戴电子设备的应变传感器的未来发展方向。

论文信息:

Printed Strain Sensors for On-Skin Electronics

Yizong Li, Yuxuan Liu, Shah Rifat Alam Bhuiyan, Yong Zhu*, Shanshan Yao*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100131

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100131