柔性可穿戴傳感器作為穿戴式電子系統的重要組成部分，在個人健康監護、人機交互體系以及人造電子皮膚等領域具有廣闊的應用前景，是當下最前沿的研究領域之一。

據麥姆斯咨詢報道，近期，上海大學張建華團隊于中國《自然雜志》發表綜述文章，概要介紹了不同類型的柔性可穿戴傳感器的研究現狀，同時對柔性傳感器大面積陣列制造所面臨的挑戰及新方法進行了闡述和分析，最后展望了柔性傳感器未來的發展趨勢。

柔性壓力/應變傳感器

近年來，科學家們基于新型功能納米材料和微納結構，已經研制出多種高靈敏度、快響應的壓力/應變傳感器。上海大學張建華團隊利用新型二維材料MXenes（Ti3C2）的優良導電性和天然織物表面波浪形的微結構，設計并制備出一種柔性織物壓阻式壓力傳感器，如圖1（a）所示。該柔性傳感器具有靈敏度高、響應快速的優勢，可滿足人機交互界面、脈搏監測、語音識別等柔性場合應用需求。

圖1 柔性織物壓阻式壓力傳感器：（a）結構示意圖；（b）工作機理示意圖；（c）語音識別應用圖

柔性溫度傳感器

溫度傳感器在監測人體體溫和感知環境溫度方面發揮著至關重要的作用。目前大多數柔性溫度傳感器的工作原理是基于溫度敏感材料在不同溫度下其導電特性的變化來實現體溫檢測的。有研究人員提出一種以Ti3C2Tx納米顆粒-薄片復合網絡材料作為溫敏導電材料，熱膨脹系數較大的聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為基板的Ti3C2Tx-PDMS柔性溫度傳感器。隨著溫度升高，PDMS基板發生各向同性熱膨脹，使附著在上面的導電網絡材料產生更大尺寸裂紋，進而引起器件電阻值的變化，實現對溫度的檢測。將其擴展為4 × 4的陣列傳感器可成功繪制出手指、水杯和紫外燈等具有溫度的物體的位置分布，表明其在近場物體溫度分布檢測方面的巨大潛力。

圖2 基于Ti3C2Tx/PDMS的溫度傳感器器件：（a）不同溫度下器件表面導電材料裂紋的尺寸變化圖；（b）溫度分布識別應用圖

柔性濕度傳感器

與柔性溫度傳感器類似，柔性濕度傳感器的典型策略是檢測不同濕度水平下各種傳感材料的電導率變化。二維過渡金屬碳化物MXenes具有獨特的富羥基納米結構，親水性佳，因而受到濕度傳感器研究人員的青睞。吉林大學研究人員提出了一種經氫氧化鈉（NaOH）溶液處理的堿化MXenes（AMX）材料，由于堿金屬離子的插層和表面末端氧-氟的增加，AMX器件具有優異的濕度靈敏度，如圖3所示。

圖3 基于AMX的濕度傳感器：（a）AMX表面H2O分子吸附的工作機理示意圖；（b）基于MXenes和AMX的器件對濕度的響應對比

柔性光學傳感器

常見的光學傳感器是基于光電原理，因此光學傳感器也常被稱作光電探測器，在環境監測、圖像傳感、監控、智能手機等領域都有十分重要的應用價值。上海大學張建華團隊提出一種基于超小氧化鎳（NiOx）納米晶體材料的有機光電二極管（OPD），利用NiOx高的最低未占軌道能級阻斷了來自外部偏置的暗電流，使所制造的OPD暗電流降低了一個數量級以上，如圖4（b）所示。

圖4 基于NiOx的OPD：（a）結構示意圖；（b）有無NiOx的兩種器件在黑暗/有光條件下的電流密度對比圖

延伸閱讀：
《可穿戴傳感器技術及市場-2022版》
《印刷和柔性傳感器技術及市場-2021版》

基于薄膜晶體管（TFT）的柔性陣列傳感器

薄膜晶體管（TFT）由于具有高密度制造、高分辨率、節能化、輕便化等特性，已成功地作為有源元件應用于顯示領域。借助于TFT的信號放大功能和柔性陣列制造優勢，將其與傳統柔性傳感功能單元集成起來，可提高傳感的靈敏度和維度。這種基于TFT的傳感技術為解決傳感器在柔性襯底上陣列化提供了極大的潛力和發展空間。有研究人員設計并制備了一種基于有機TFT的低功耗、高靈敏度的柔性有源壓力傳感陣列，該5 × 5有源陣列的空間分辨率為12.83 ppi，可映射出字母“E”的平面位置，可與人類的觸覺感知相媲美。

圖5 柔性有源壓力傳感陣列：（a）器件結構示意圖；（b）字母“E”和器件對其位置映射圖

綜上所述，柔性可穿戴傳感器在康復醫療、人機交互、電子皮膚等多領域有廣泛的應用，但未來仍面臨著一些困難需要克服和深入研究，包括如何實現柔性傳感器的多參數化并增強傳感器的可穿戴性。此外，現階段的柔性可穿戴傳感器僅能檢測外部刺激，然而人體皮膚的感知系統不僅能夠感知外部刺激還能儲存刺激、分析刺激并對刺激做出響應。因此，如何使柔性可穿戴傳感器具有類似皮膚的感知與記憶功能從而實現智能感知是下階段柔性可穿戴傳感器研究的重點與難點。

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