传感器作为现代技术的前沿技术,被认为是现代信息技术的三大支柱之一。如今,传感器已经渗透到我们的生活中,甚至有几个传感器开始工作来满足我们的使用需求。正因为如此,世界各国都非常重视传感器产业的发展,并投入了大量的资源。
丰富的类型和多样化的设计给了传感器各种各样的可能性,科学家们也在不断地追求更实用和通用的传感器产品,柔性传感器就是其中之一。
柔性传感器又称可拉伸传感器,顾名思义,一般指柔韧性好、延展性好的传感器。理论上,这种传感器可以随意弯曲折叠,因此更加灵活便携,容易处理不规则表面。换句话说,柔性传感器可以弥补普通刚性传感器无法测量复杂形状物体表面接触应力分布、温度等物理参数,无法满足一些特殊的生产生活需求(人工皮肤等)的缺陷。
早在20世纪80年代,柔性传感器的研究就开始了,其中早期的柔性传感器是柔性压力传感器,然后,如柔性气体传感器、柔性湿度传感器、柔性温度传感器、柔性应变传感器、柔性磁阻抗传感器和柔性热流传感器也逐渐从实验室诞生。其中许多在开发中已经逐渐实现了产品化。
可以说,柔性传感器是未来科研的重点之一。就在最近,柔性传感器似乎取得了新的突破。
安徽理工大学材料科学与工程学院的团队在功能水凝胶的设计、合成和性能控制方面取得了新的进展,提出了构建“网格支架”的策略,制备了网格密度可调的聚合物网络结构,有望用于柔性传感器。根据研究小组的介绍,实验证明,这种水凝胶可以有效地限制聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶相变过程中的体积变化。
聚N-异丙基丙烯酰胺是目前流行的材料。基于聚N-异丙基丙烯酰胺的柔性电子设备成功克服了传统刚性材料的缺点,实现了连续的温度监测,但相变引起的体积变化和附着力差限制了其应用。研究小组使用了一种压敏胶-“网状支架”基水凝胶(PSAs-MPT)策略,抑制PNIPAM水凝胶相变引起的体积变化,进一步实现原位可调的机械性能和优异的粘结性能。实验证明,PSAS-MPT水凝胶可以在不同的温度场景下表现出稳定的温度监测,理论上也可以作为可穿戴的生物运动传感器,以高灵敏度监测身体运动。