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  柔性傳感器（Flexible Sensor）因其具有的高拉伸性、低模量、易變形、優(yōu)異生物相容性和低造價等特點，近年來受到了越來越多的關(guān)注。柔性傳感器可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同進(jìn)行彎曲折疊等傳統(tǒng)傳感器難以達(dá)到的形變，在電子皮膚、航空航天、環(huán)境監(jiān)測、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的發(fā)展?jié)摿Α?

  東北林業(yè)大學(xué)李斌和姜大偉團(tuán)隊在材料領(lǐng)域TOP期刊Journal of Materials Chemistry A 上發(fā)表綜述文章 “Emerging flexible sensors based on nanomaterials: recent status and applications” (DOI: 10.1039/d0ta09556g)，論文的第一作者為課題組碩士研究生溫楠，通訊作者為東北林業(yè)大學(xué)姜大偉副教授，李斌教授和美國田納西大學(xué)郭占虎副教授。文章基于柔性基底材料、納米填料、制備工藝以及應(yīng)用領(lǐng)域四方面對柔性傳感器進(jìn)行了詳細(xì)系統(tǒng)的講解。

圖1. 基于納米材料的柔性傳感器的重要組成部分及其應(yīng)用領(lǐng)域：柔性基底材料、納米材料、制備工藝。

  文章首先介紹了柔性傳感器的特點及其所具有的市場價值和發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域。介紹了常用的柔性基底材料包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）以及水凝膠。將含有不同基底材料和不同納米材料的柔性傳感器在制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域中的不同進(jìn)行了對比和總結(jié)。

表1. 具有不同柔性基底材料和納米材料的柔性傳感器的制備工藝和應(yīng)用領(lǐng)域

  對常用的柔性傳感器機(jī)理進(jìn)行了基本的介紹，包括壓阻式傳感器、電容式傳感器和壓電式傳感器。作者還對常用的納米材料添加方法進(jìn)行了總結(jié)并對其優(yōu)缺點進(jìn)行了分析，在導(dǎo)電納米材料制備的導(dǎo)電層外封裝柔性材料，可以在保證傳感器導(dǎo)電性能和靈敏性的前提下增加傳感器的拉伸性和變形性。由于導(dǎo)電層和封裝層不能緊密結(jié)合，此種方法制備的柔性傳感器常面臨大應(yīng)變下的靈敏性下降問題。將導(dǎo)電納米材料和柔性基底材料混合制備導(dǎo)電納米復(fù)合材料，以此材料制備的柔性傳感器在大應(yīng)變下不再面臨導(dǎo)電層和封裝層之間分離的問題，但因為柔性基底材料通常不具有導(dǎo)電性，將會使制備的柔性傳感器導(dǎo)電性下降。基于以上兩種制備方法文章對包括碳納米管、氧化石墨烯、炭黑等碳基納米材料和金屬納米材料制備的柔性傳感器的制備方法和拉伸性能以及導(dǎo)電性能等進(jìn)行了對比和總結(jié)。

圖2. 兩種基于納米材料的柔性傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。A.以納米材料制備的導(dǎo)電層被封裝在柔性材料中制備的傳感器。B.將納米材料和柔性材料混合，以獲得的導(dǎo)電納米復(fù)合材料制備的柔性傳感器。

  柔性傳感器可以通過不同的制備工藝進(jìn)行成型，本篇文章中主要介紹了新興3D打印技術(shù)給柔性傳感器帶來的新的可能和發(fā)展。文章對可用于柔性傳感器制造領(lǐng)域的3D打印技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并對其機(jī)理進(jìn)行了簡單的介紹，對適用于不同3D打印技術(shù)的材料進(jìn)行了簡單的介紹和分類。并對采用擠出原理、光固化原理的3D打印技術(shù)制備的柔性傳感器的制備流程和性能以及應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。

圖3. FDM(A),DIW(B),DLP(C)3D打印技術(shù)的基本原理。(D).可用于FDM打印的材料。(E).可用于DIW打印的材料。(F).可用于DLP打印的材料。

  隨著柔性材料和納米材料以及制備工藝的發(fā)展，柔性傳感器在各個領(lǐng)域有了更大的發(fā)展前景。在柔性醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用中可實現(xiàn)對脈搏等微信號的監(jiān)測；在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用中可實現(xiàn)對運動的監(jiān)測；在軟體機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用中可賦予機(jī)器人對溫度和壓力的感知。

  本篇文章綜述了柔性傳感器近年來取得的最新進(jìn)展和研究，對柔性傳感器的機(jī)理，柔性材料、納米材料以及制備工藝等進(jìn)行了總結(jié)。最后作者對柔性傳感器未來的發(fā)展及面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望，以期為讀者提供較為詳盡的柔性傳感器領(lǐng)域的發(fā)展介紹，為讀者提供新的思考方向，有助于柔性傳感器的發(fā)展。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta09556g#!divAbstract