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液态金属可穿戴压力传感器

软压力传感器在包括软机器人、电子皮肤和可穿戴电子设备在内的各个领域都受到了广泛的研究关注。研究人员开发了一种高灵敏度的可穿戴压力传感器,能够灵敏、精确、连续地测量生理和物理信号,在健康监测应用和疾病早期诊断方面显示出巨大潜力。

软压力传感器需要具有高顺应性、高灵敏度、低成本、长期性能稳定性和环境稳定性,才能用于持续的健康监测。传统的固态软压力传感器使用功能材料,包括碳纳米管和石墨烯,已经表现出很好的传感性能;然而,由于可拉伸基材与功能材料之间的距离,这些传感器的可拉伸性有限、信号漂移和长期不稳定。

为了克服这些问题,已将使用液态金属的液态电子设备引入各种可穿戴应用。在这些材料中,Galinstan(一种镓、铟和锡的共晶金属合金)具有出色的机械和电气性能,可用于可穿戴应用。但如今基于液态金属的压力传感器的压力灵敏度较低,限制了其在健康监测设备中的适用性。

研究人员开发了一种 3D 打印、刚性微凸块阵列集成、基于液态金属的软压力传感器。借助3D打印,可以同时实现刚性微凸块阵列和液态金属微通道母模的集成,降低了制造过程的复杂性。通过刚性微凸块和微通道的集成,与之前报道的基于液态金属的压力传感器相比,新型压力传感器具有极低的检测限和增强的压力灵敏度。所提出的传感器在 10,000 次压力、弯曲和拉伸循环中的信号漂移也可以忽略不计,并且在各种环境条件下表现出出色的稳定性。

这些性能结果使其成为各种健康监测设备的出色传感器。首先,研究小组展示了一种可穿戴腕带设备,该设备可以在运动期间连续监测一个人的脉搏,并用于基于 PTT 计算的无创、无袖带血压监测系统。然后,他们推出了一种无线、可穿戴的足跟压力监测系统,该系统集成了三个 3D-BLiPS 和一个无线通信模块。


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