2022/06/23

柔性压力传感器，也称为触觉/应变传感器，近年来引起了很多研究关注，尤其是基于皮肤的柔性电子产品。它具有柔韧性、耐用性、生物相容性等独特优势，以及其重量轻、柔韧应变等特点，使压力传感器能够紧密贴合人体皮肤，实时监测心率、呼吸节律等生理健康状况.目前，文献报道了多种高灵敏度传感器系统，它们基于功能纳米材料或混合微/纳米结构，将外部刺激转换为电信号。按其传导机制可分为压阻式、压电式和电容式压力传感器。其中，电阻率变化的压阻测量被认为是常见的，因为系统设计和读出机制的简单性通过将力变化转换为电阻率变化。在过去的十年中，可穿戴应变设备的灵敏度、测量因子、线性度、滞后、响应、恢复时间和过冲行为等参数得到了改进。尽管如此，为了进一步提高柔性压力传感器的性能，还应考虑其他设备的性能。例如，由于机械变形引起的传感性能变化使得难以准确测量动态变形下的压力。为了应对这一挑战，研究人员开发了一种基于复合纳米纤维的可弯曲、超柔韧的电阻式压力传感器。如图a所示，即使传感器的弯曲半径下降到80μm，由于基板薄（厚度<2μm）和材料本身的纠缠纳米结构，传感器性能保持不变。

大多数柔性压力传感器在去除外力后无法保留触觉信息。为了提高电子皮肤系统的通用性，可穿戴柔性压力传感器的记忆特性不容忽视。与神经元之间的突触类似，灵活的记忆传感器可用于模拟大脑的记忆功能，存储模拟值。例如，通过将压力传感器的底部电极替换为存储器件的顶部电极阵列，可以实现柔性触觉存储器件，并且施加的应变可以保持一周以上而几乎没有衰减。另一方面，基于有机压敏电阻的有机非易失性电阻存储器具有更长的保持时间，至少6个月。然而，柔性压力传感器存储器的商业化仍面临巨大挑战。图e是一种基于柔性可变电阻非易失性浮栅随机存取存储器（FGRAM）阵列的柔性电子壁纸触觉触摸存储器阵列。 InGaZnO 薄膜晶体管因其在大规模基板上实现集成电路的良能而被用作柔性压力传感器阵列的 FGRAM。例如，这种电子壁纸的价值在于它可以像留言板一样记住触摸信息（图f，g）。如果未触摸，则编程电压与 FGRAM 的栅极断开。在传感器上施加触觉触摸后，编程电压以阈值电压的正偏移提供给 FGRAM。结果表明，用三支笔在设备上施加压力两个小时后，信息得以保留，并通过触发-15v的擦除电压刷新信息。并且通过集成的温度传感器，可以记忆和控制室温。

到目前为止，大多数受皮肤启发的可穿戴柔性压力传感器已被用于监测与疾病密切相关的心跳或呼吸频率。可穿戴应变传感器的另一个同样重要的应用是它们监测身体运动和运动的能力。尽管各种可穿戴传感器在监测健康状况方面取得了长足的进步，但仅检测健康信息并不能进行充分的分析以准确预测或诊断疾病。事实上，记录的健康状况，例如皮肤温度或心电图 (ECG)，与受试者的身体活动密切相关。因此，同时检测人类活动/运动至关重要。运动传感器依靠附着在手指或膝关节上的柔性压力传感器来监控它们的运动。然而，肢体运动并不总是与整体身体活动相关，因此结合记录的健康数据可能会导致诊断不准确。

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