初识柔性可穿戴器件

        一、
        柔性：Flexible，也可以解释为挠性，是相对刚性而言的一种物体特性。是指物体受力后变形，作用力失去之后物体自身不能恢复原来形状的一种物理性质。因柔性材料是指可伸缩，弯曲，扭转，变形而不是去性能的材料。通过这一性能我们可以得到许多延展性及弯曲度很高的电子材料。柔性电子技术处于初步阶段。
        柔性电子的发展前景：柔性电子可概括为将有机/无机材料 电子器件在制作柔性/科研型塑料或薄金属基板上的新型电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广阔的应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管、OLED印刷RFID、薄膜太阳板电池板、电子用表面粘贴等。柔性电子制造技术水平指标包括芯片。特征尺寸和基板面积大小，其关键是如何在更大负面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。2000年十大科技成果之一，与人类基因草图、生物克隆技术等重大发现并列。
        康奈尔大学、普林斯顿大学、哈佛大学、西北大学、剑桥大学等都先后建立了柔性电子技术专门研究机构，对柔性电子的材料、器件与工艺技术进行了大量研究。我国研究人员在柔性电子有机材料制备、有机电子器件设计与应用等方面开展了大量的基础研究工作。中科院化学所、中科大、华南理工、清华大学、西安电子科技大、天大、浙大、武大、复旦、南京邮电、上海大学等单位在有机光电分子材料和器件、发光与显示、太阳能电池、场效应管、场发射、柔性电子表征和制备、平板显示技术、半导体器件和微图案加工等方面进行了颇有成效的研究。
        二、
        可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。传感器作为核心部件之一，将影响可穿戴设备的功能设计与未来发展。柔性可穿戴电子传感器具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点，使其成为最受关注的电学传感器之一。
        目前人们已经在可穿戴可植入传感器领域取得了显著进步，例如利用电子皮肤向大脑传递皮肤触觉信息（2019年天津市脑机接口研讨会上，钟子平教授谈到脑机接口的挑战时，即提到脑机接口的发展对高级传感器的需求。能够传感皮肤触觉信息的器件在脑机接口上的应用有助于向体感交互的方向发展。但皮肤触觉传感器的制作与应用，我认为存在以下几个问题：1是传感器的类型是压力传感还是温度传感或者人类的皮肤触觉的产生是否存在皮肤表面接触其他物体时存在微弱电流的相互作用。再比如说给予左手母子相同的压力，这个触觉来自于别人和来自于自己二者之间是存在差异的。2是分布情况，人的每一寸肌肤都有感觉，若在体感交互中达到这个水平，无疑很具有挑战性。3是人类皮肤的传感器是多种多样的，压力、温度等等。柔性可穿戴器件传感器将多个信号的传感器的集成制造是否存在一定的难度。或者随着材料科学的发展，如果有纳米材料，单个分子量级的纳米材料便可产生一定区域范围内的信号。将不同种类的纳米材料交叉遍布整个表面，便可以实现多种、高密度的传感。），利用三维微电极实现大脑皮层控制假肢，利用人工耳蜗恢复病人听力等。柔性可穿戴电子传感器的高分辨率、高灵敏性、响应速度、制造成本和复杂信号检测仍然是一个很大的挑战。
        传感器信号转换：有效地将外部刺激转换为电信号是传感器的关键技术。柔性可穿戴电子传感器的信号转换机制主要分为压阻、电容和压电三大部分。
        压阻：压阻传感器可以将外力转换成电阻的变化（与施加压力的平方根成正比），进而可以方便地用电化学测试系统剪辑探测外力变化。而导电物质间导电路径的变化是获得压阻传感信号的常见机理。
        电容：电容是衡量平行板间容纳电荷能力的物理量。传统的电容传感器通过改变正对面积S和平行板间距d来探测不同的力，如压力、剪切力等。电容式传感器的主要优势在于其对力的敏感度高，可以实现低能耗检测微小的静态力。鲍哲南在弹性基底上只背了电容型透明可拉伸的碳纳米管传感器，对压力和拉力同时有响应。
        压电：压电材料是旨在机械压力下可以产生电荷的特殊材料。这种压电特性是由存在的电偶极矩导致的。电偶极矩的获得是靠取向的非中心对称晶体结构变形，或者孔中持续存在的电荷的多孔驻极体。压电系数是衡量压电材料能量转换效率的物理量，成正相关。高灵敏，快速响应和压电系数的压电材料被广泛应用于将压力转换为电信号的传感器。
        常用材料：
        有机材料：萘四酰亚二胺，苝四酰亚二胺。
        碳材料：常用的有碳纳米管和石墨烯等。碳纳米管具有结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔大小可控、比表面积利用率可达100%的特点。石墨烯具有轻薄透明，导热导电性好等特点。
        柔性电子传感器的印刷制造：
        与传统自上而下的光刻技术相比，印刷电子技术拥有弯曲与拉伸性好、可在柔性基底大规模制备、加工设备简单、成本低和污染小等特点。
        应用：可穿戴传感器除了具有压力传感功能，还具有现实和潜在应用的多种功能呢，体温和脉搏检测、表情识别和运动检测等。
        总结：该领域的发展尚在起步阶段，它所拥有的广阔应用前景在激励着该领域的工作者们砥砺前行！