西工大新聞網(wǎng)4月27日電（高久偉）柔性可穿戴電子系統(tǒng)作為新型的便攜式電子設(shè)備，在人機(jī)交互、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。性能優(yōu)越的可穿戴電子系統(tǒng)通常需要堅(jiān)韌的材料來(lái)保證其耐用性和穩(wěn)定性。由于纖維狀的電子材料更易于集成到可穿戴設(shè)備中，且具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)靈活性，從而成為可穿戴電子系統(tǒng)中必不可少的基本組件。然而，制備兼具較高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異拉伸性能的纖維材料仍然極具挑戰(zhàn)。

圖1 超強(qiáng)可拉伸纖維應(yīng)變傳感器

西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)王學(xué)文教授課題組與北京理工大學(xué)教授宋維濤合作，報(bào)道了一種可用于人體健康監(jiān)測(cè)的柔性纖維應(yīng)變傳感器( Adv. Mater. 2022, 2107511)。在這項(xiàng)工作中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)巧妙地利用外層與內(nèi)芯力學(xué)性能耦合的策略，以一種高強(qiáng)度、高彈性的新型聚氨酯（PU）作為導(dǎo)電纖維傳感器的內(nèi)芯，極大的增強(qiáng)了纖維應(yīng)變傳感器的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具備高力學(xué)強(qiáng)度和優(yōu)異拉伸性能的柔性纖維傳感器，解決了機(jī)械性能與拉伸性能難以兼容的難題。此外，還利用靜電紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同直徑纖維傳感器的可控制備，并通過(guò)微纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及封裝層的共同作用，極大的降低了纖維傳感器的恢復(fù)遲滯性。

新型纖維應(yīng)變傳感器同時(shí)具有優(yōu)異的應(yīng)變范圍（~700%）和較高的拉伸強(qiáng)度（~17.6 MPa）。在應(yīng)變檢測(cè)中表現(xiàn)出高靈敏度和超高的應(yīng)變分辨率（0.0075%），且可實(shí)現(xiàn)對(duì)0-40Hz低頻振動(dòng)信號(hào)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將高性能纖維應(yīng)變傳感器植入到衣服中，研制了柔性可穿戴智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該智能電子服裝可實(shí)現(xiàn)對(duì)身體震顫、脈搏、呼吸、手勢(shì)及6種人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該成果將有助于推動(dòng)健康評(píng)估與疾病診斷技術(shù)向智能化、高效化、精準(zhǔn)化等方向發(fā)展，為改進(jìn)和提升醫(yī)療信息傳遞、處理的效率和質(zhì)量提供新的思路，促進(jìn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、“無(wú)人”醫(yī)療、智慧醫(yī)療等變革性醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，為智能時(shí)代的實(shí)現(xiàn)提供重要的技術(shù)儲(chǔ)備。

圖2 超強(qiáng)可拉伸纖維應(yīng)變傳感器性能表征及人體健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用

圖3 纖維進(jìn)行超過(guò)700%的拉伸

圖4 脈搏波監(jiān)測(cè)

圖5 跑步狀態(tài)監(jiān)測(cè)

上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFB2008501）、國(guó)家自然科學(xué)基金（11904289，61960206007）、陜西省自然科學(xué)基金（2019JQ-613）、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2020ZDLGY04-08、2020GXLH-Z-027）、寧波市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（202003N4003）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、西北工業(yè)大學(xué)翱翔海外學(xué)者等經(jīng)費(fèi)的支持。

作者團(tuán)隊(duì)介紹：

西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)王學(xué)文教授課題組專(zhuān)注于柔性傳感材料與器件相關(guān)研究，并探索其在特殊環(huán)境下的健康醫(yī)療、人機(jī)交互等戰(zhàn)略新興領(lǐng)域的應(yīng)用。課題組瞄準(zhǔn)解決柔性傳感器與特殊環(huán)境適應(yīng)性的矛盾，圍繞“傳感材料與系統(tǒng)的柔性化策略及電子調(diào)控機(jī)制”開(kāi)展相關(guān)研究工作，已在Science Advances、Advanced Materials、JACS等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文70余篇，相關(guān)研究成果被《央視新聞》、《科技日?qǐng)?bào)》、《中國(guó)科學(xué)報(bào)》、Materials Today、Phys.org等多個(gè)國(guó)內(nèi)外媒體和網(wǎng)站報(bào)道。已申請(qǐng)PCT專(zhuān)利和中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利20余項(xiàng)，獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)、獲授權(quán)歐洲專(zhuān)利、美國(guó)專(zhuān)利、澳大利亞專(zhuān)利、日本專(zhuān)利各一項(xiàng)。