柔性电子学中的表界面化学
2021-04-17姬少博陈晓东
高等学校化学学报 2021年4期
姬少博,陈晓东
(南洋理工大学材料科学与工程学院,新加坡639798)
随着社会的发展与科学技术的进步,个人医疗检测、运动管理等智能设备逐步进入人们的生活之中. 便携式的医疗设备(如简易心电检测、血压血糖检测等)设备已经十分普及,可穿戴设备,如心率、心电、呼吸率等实时监测设备,也在迅速发展中. 传统的硬件设备在电路设计、信号处理、无线传输等方面已十分成熟,然而在进行各种人体生理信号的采集,尤其是实时动态采集时,仍有很大不足. 其原因在于传统的信号采集传感器(电极、光学传感器等)与被采集对象(皮肤、器官等)力学性能不匹配,导致界面在动态过程中不稳定,造成实时信号的偏差甚至丢失[1]. 如传统的凝胶电极在静态下可与皮肤黏附并采集心电信号,而在运动状态下皮肤会发生形变,此时电极不能与皮肤共形形变(Conformal deformation),电极-皮肤界面变动致使信号产生偏差. 此外,出于便携性的考虑,可折叠/弯曲智能设备也是一大发展热点,其中柔性显示屏已实现了商业化,而其它配套电子器件的柔性化仍在研究与发展中.
为了解决传统硬件设备带来的问题,柔性电子学应运而生[2~7]. 柔性电子通过赋予柔性/可拉伸基底特定的电学性能,以实现在形变过程中保持其性能和功能. 出于不同的目的,研究发展了可拉伸导体、柔性储电设备、柔性电极、可拉伸传感器等多种体系. 柔性电极和传感器可实现与皮肤的共形黏附,从而实现稳定的电生理信号监测、脉搏/呼吸率监测(柔性应力传感器)、体温监测(柔性温度传感器)等应用[8,9];……
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