隨著技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)信息時(shí)代的應(yīng)用需求不斷提高,對(duì)被測(cè)量信息的范圍、 精度和穩(wěn)定情況等也提出了更高的要求,同時(shí)對(duì)被測(cè)信息各性能參數(shù)的期望值和理想化要求也在不斷提高。針對(duì)特殊環(huán)境與特殊信號(hào)下的測(cè)量需求,普通傳感器已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。隨著柔性基質(zhì)材料的發(fā)展,滿足于科研人員對(duì)傳感器具有透明、柔韌 、延展 、可自由彎曲甚至折疊 、便于攜帶、可穿戴等特點(diǎn)的柔性傳感器應(yīng)運(yùn)而生 。
目前柔性可穿戴電子傳感器是柔性傳感器領(lǐng)域最熱門的技術(shù),柔性可穿戴電子傳感器監(jiān)測(cè)身體健康狀況的關(guān)鍵技術(shù)在于能夠有效地將外部刺激轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。柔性可穿戴電子傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制主要分為壓阻、電容和壓電(如圖1所示)三大部分。
壓阻
壓阻傳感器可以將外力轉(zhuǎn)換成電阻的變化(與施加壓力的平方根成正比),進(jìn)而可以方便地用電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)間接探測(cè)外力變化。而導(dǎo)電物質(zhì)間導(dǎo)電路徑的變化是獲得壓阻傳感信號(hào)的常見(jiàn)機(jī)理。由于其簡(jiǎn)單的設(shè)備和信號(hào)讀出機(jī)制,這類傳感器得到廣泛應(yīng)用。
電容
電容是衡量平行板間容納電荷能力的物理量。傳統(tǒng)的電容傳感器通過(guò)改變正對(duì)面積s和平行板間距d來(lái)探測(cè)不同的力,例如壓力,剪切力等。電容式傳感器的主要優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)力的敏感性強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)低能耗檢測(cè)微小的靜態(tài)力。
壓電
壓電材料是指在機(jī)械壓力下可以產(chǎn)生電荷的特殊材料。這種壓電特性是由存在的電偶極矩導(dǎo)致的。 電偶極矩的獲得是靠取向的非中心對(duì)稱晶體結(jié)構(gòu)變形,或者孔中持續(xù)存在電荷的多孔駐極體。壓電系數(shù)是衡量壓電材料能量轉(zhuǎn)換效率的物理量,壓電系數(shù)越高,能量轉(zhuǎn)換的效率就越高。高靈敏,快速響應(yīng)和高壓電系數(shù)的壓電材料被廣泛應(yīng)用于將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。
隨著數(shù)據(jù)時(shí)代及5G時(shí)代的到來(lái),柔性可穿戴傳感器的應(yīng)用必將更加廣泛,另外、柔性可穿戴傳感器的體溫和脈搏檢測(cè)、表情識(shí)別和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)等功能在實(shí)際中也有著諸多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。