用于人体监测的高精度柔性温度传感器：综述

摘要

近年来，柔性传感器研究不断深入，用于人体温度监测的可穿戴柔性器件性能显著提升。人体体温变化反映健康信息，异常体温往往预示病变。尽管核心体温相对稳定，但体表温度易受环境干扰，给监测设备带来挑战。为实现对人体各部位温度的实时灵敏检测，研究者开发了多种高灵敏图案化柔性温度传感器，完善电子皮肤功能并拓展实际应用。本文综述高灵敏图案化柔性温度传感器监测体温变化的研究现状：首先总结常用柔性基底与敏感材料；其次介绍图案化制造方法与工艺；再全面讨论测温范围、灵敏度、响应时间、温度分辨率等关键性能；最后展示基于精细图案化的柔性温度传感器应用，并展望未来挑战。

引言

人体生命活动基于代谢，相对恒定的体温是健康代谢的必要条件。高热或低温会影响酶活性，扰乱细胞、组织、器官功能，严重可致死。体温相对稳定是维持内环境稳定、保障代谢等生命活动正常进行的前提。体温变化反映健康信息，异常变化通常预示健康状况不佳。在人体健康监测中，体温是不可忽视的关键指标，实时准确监测尤为重要。

柔性温度传感器朝可穿戴、高灵敏、便携、大面积、高精度、实时化方向发展。其利用热敏材料随温度变化的电信号实现实时监测，并依托柔性基底贴合皮肤实现功能。传统测温仪器不仅难以携带、昂贵、适用场合受限，还因患者有意/无意移动及无法监测特定部位（如伤口、体内肿瘤消融部位）易导致测量不准或不完整。为此，可穿戴柔性薄型高灵敏图案化温度传感器成为研究热点。

近年柔性温度传感器监测体温研究持续创新。图案化制造实现大面积制备成为趋势；仿生自然生物结构是极佳思路：章鱼吸盘吸附特性、蝮蛇脸颊感温结构、节肢动物/哺乳动物触须状结构均具感温功能；为直观显示监测体温，研究者将传感器阵列化，利用成像装置或电致变色材料实现热成像可视化。深入研究为高灵敏体温监测等高要求提供技术支撑。

本文综述高灵敏柔性温度传感器在人体监测、热敏材料、制造策略、基本性能及应用方面的最新进展。第一部分筛选材料，总结多种柔性基底与热敏材料；第二部分聚焦近年文献中的图案化制造方法，展示典型工艺流程；第三部分介绍温度传感器关键性能参数；第四部分展示近年应用场景与实际应用；最后简要讨论可印刷高灵敏柔性温度传感器的潜在挑战与未来发展前景。

材料与方法

材料

柔性基底

柔性材料在电子技术、医疗健康领域应用日益增加。柔性传感器制备要求传感器本身及其依赖的基底、电路具备柔性、可拉伸、延展性，以适应人体表面贴合。常见柔性基底常加工成薄膜形式：聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚酰亚胺（PI）、聚氨酯（PU）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、纸张、硅橡胶，以及更亲肤可降解材料如果胶、棉、丝等纤维素材料。

目前柔性温度传感器最常用基底为PDMS，系优良热/电绝缘材料，相对介电常数2.3–2.8，体积电阻率1.2×10¹⁴ Ω·cm，比重1.03 kg/m³（25℃），热稳定性好，导热系数0.15 W/(m·K)，玻璃化转变温度低至-125℃，热膨胀系数（CTE）301 ppm/℃，杨氏模量≈3.7 MPa，拉伸应变超200%。凭借优异拉伸延展性、热电性能、高化学稳定性及易加工性，PDMS在电子皮肤等应用中极为丰富。PI性能与PDMS相似（见表1），导热系数约0.1 W/(m·K)，电绝缘电阻率1.5×10¹⁷ Ω·cm，相对介电常数3.0–3.6，玻璃化转变温度较高（360–410℃），CTE较低（16 ppm/℃），杨氏模量≈2.8 GPa。PU具生物适应性、良好拉伸延展性、经济实用，适用于人体温度监测。薄膜柔性基底凭借优异力学与热学性能，适合柔性温度传感器应用研究（图1）。除有机聚合物外，常见织物或可降解材料如织物、丝、棉等亦柔软可变形、轻质、经济、透气、舒适、耐用、可重复使用，有望作为柔性温度传感器基材被研究。

热敏材料

敏感材料是传感器中直接响应热源与热信号的活性组分，其性能直接决定温度传感器的灵敏度、响应时间、耐久性与温度分辨率。易制备、原料合理、生物适应性好、具延展性与优异性能的热敏材料更具研究吸引力。

碳基材料

通过将不同导电填料（碳基材料、导电聚合物、金属颗粒）掺入半导体/绝缘聚合物基质，制备温度敏感导电复合材料是主流路径。常用碳材料包括碳黑（CB）、石墨（Gr）、碳纳米管（CNTs）、石墨烯。

CB与石墨因优异电学力学性能及低成本常用作导电填料。CB与聚合物混合易团聚，温度变化影响其电学性能稳定性，从而产生较高电阻温度系数（TCR）。石墨为碳同素异形体，导电导热化学稳定性好，热膨胀系数<5.0×10⁻⁶ K⁻¹。相比CB，石墨粉填料对温度更敏感，二者及其混合可降低填充聚合物复合膜的渗流阈值。膨胀石墨（EG）为天然石墨片经插层、洗涤、干燥、高温膨胀得疏松多孔蠕虫状物质，10 wt% EG浸渍PDMS预聚物热压后复合材料导热系数达4.70 W/(m·K)。Shih等以PDMS为基底、石墨粉为敏感材料，经印刷工艺在PI膜上制得Gr/PDMS复合传感器阵列。对比经典铂薄膜温度传感器（TCR=0.0055 K⁻¹），石墨体积分数15%与25%时复合材料TCR分别为0.286 K⁻¹与0.042 K⁻¹，证明Gr-PDMS复合材料灵敏度更高。Huang等制备石墨填充聚乙烯氧化物（PEO）与聚偏二氟乙烯（PVDF）复合材料，经简单旋涂即可贴合人体变曲率表面，感温范围25–42℃，分辨率0.1℃，循环稳定性高，抗干扰能力强（防弯折、防水），可连续监测腋温长达1月。其优异力学性能或因Gr颗粒在不同曲率下位移较小，热性能与聚合物热膨胀相关。

作为一维纳米材料，碳纳米管连接形成空间拓扑结构，直径2–20 nm，具异常力学性能（弹性模量达1 TPa）、电学性能（导电率达10⁴ S/cm）、本征载流子迁移率（10,000 cm²/(V·s)）。CNTs热传导性能优异，大长径比使其沿长轴热交换性能极高，柔性温度传感器应用不断创新。CNTs与PEDOT:PSS复合物研究发现，多壁（MWCNTs）与单壁（SWCNTs）性能不同：同温下MWCNTs/PEDOT:PSS复合材料虽降低阻抗，但降低了对温湿度敏感度。Kim等采用湿法纺丝制备SWCNTs/PEDOT:PSS复合纤维，显著增强导电率与功率因子，改善复合性能。

仿生材料制备常依赖逆向工程、仿生学与生物启发。高等植物对温度变化响应极高。Giacomo等利用分离植物细胞与MWCNTs，通过植物纳米仿生技术制备高灵敏度仿生材料：CNTs作为通道连接细胞，实现有效温度电阻率（TCR）达-1730% K⁻¹，比现有最佳传感器高两数量级，监测范围35–75℃。许多温度传感器在窄温域高灵敏，但宽温域（40 K）响应不足。仿生蛇颊膜感温结构：蛇颊膜具极高温度与距离灵敏度，可远距离定位恒温猎物。研究者向果胶膜添加Ca²⁺离子模拟蛇颊膜感温机制，制备含CaCl₂果胶水凝胶热敏材料，可实现<10 mK灵敏度的温源成像监测及远距离感知温暖物体。植物细胞仿生或模仿动物生物结构为柔性传感器研究提供新思路，拓宽研究方向。

石墨烯为六方蜂窝晶格二维碳层，大量离域电子赋予独特电荷传输，载流子浓度达10¹³ cm⁻²，迁移率超10⁵ cm²/(V·s)，空间结构提供丰富官能团修饰位点，具高流动性、优异导热性、透明度、力学性能（弹性模量1 TPa）、化学稳定性与生物相容性，在电子器件应用备受关注。透明氧化石墨烯（GO）或还原氧化石墨烯（rGO）为石墨粉氧化或进一步还原GO得层状产物，表面含羟基、羧基、环氧基等官能团，易修饰且对湿度、温度、化学物质敏感，呈现可见响应特性。但GO低导电率不适用电子器件，热还原制得rGO提高导电率，其优异温度灵敏度满足柔性温度传感器需求。石墨烯纳米壁（GNWs）利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）垂直生长于基底，形成交错结构赋予高应变性能，优异力学性能亦应用于温度传感器研究。多功能石墨烯及其衍生物在电子皮肤应用中铺平道路，推动高性能、透明、多功能、工艺简便的柔性温度传感器发展。

Yan等利用三维褶皱石墨烯为活性材料，经光刻过滤法制备柔性温度传感器，监测范围30–100℃。弹簧状结构使温度变化感应特性可在50%应变下表征，无应变下TCR（-1.05±0.28% K⁻¹）高于报告的硅纳米线温度传感器（0.15–0.37% K⁻¹）数倍。值得注意的是该结构热指数可调，温度响应与恢复可在几十秒内完成，较传统刚性陶瓷热敏电阻适用性更强。Liu等用rGO制备轻量低成本柔性温度传感器，监测20–110℃，灵敏度0.6345% ℃⁻¹，响应时间1.2 s，具特定应力应变特性可贴合特定曲面。同条件下对比rGO、SWCNTs、MWCNTs，从线性度、灵敏度、力学性能、重复性综合评价，rGO基传感器性能最均衡，为未来电子皮肤大规模制备提供思路。Sadasivuni等以纤维素为基质、热还原rGO为填料制备复合膜，实现25–80℃线性电容式柔性温度监测。对比标准商用铂温度传感器，该传感器避免金属腐蚀污染，长期稳定。Trung等通过简单旋涂与层压技术制备透明可拉伸（TS）柔性温度传感器，rGO纳米片与弹性PU基底形成复合材料，各层材料均为TS可直接涂覆于TS基底，易贴合人体。器件可检测0.2℃微小温度变化，30%应变下拉伸10,000次温度响应几乎无影响，70%应变下仍可使用。Yang等利用PECVD在铜箔上生长特殊交织3D导电GNWs网络，结合聚合物辅助转移法与PDMS制备超灵敏可穿戴温度传感器，热响应远超传统温度传感器。GNWs优异延展性与热灵敏度结合PDMS大膨胀系数，使传感器可监测25–120℃，精度0.1℃，响应时间1.6 s，恢复时间8.52 s，月级稳定性，TCR达0.214 ℃⁻¹，比标准商用铂温度传感器（39.2×10⁻⁴ ℃⁻¹）高两数量级。碳材料在柔性温度传感器中的应用推动其在健康监测、可穿戴设备、机器人、人机接口、人工皮肤等领域的应用潜力。

金属与金属氧化物

金属材料通常为导电材料，如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)，主要用作传感器电极与导线。相比传统刚性金属温度传感器，柔性金属温度传感器具高机械柔性，易贴合高曲率表面，更适合检测小范围内的微小温度变化与分布。当前印刷工艺中，部分银、金等金属材料对温度敏感且导电性好，制成导电金属纳米墨水、纳米填料、纳米线、图案化薄膜作为活性热敏层，广泛应用于柔性温度传感器。

典型温度传感器常用敏感材料为Pt与Au。Bin等利用微机电系统（MEMS）技术，以Pt为敏感材料沉积于PI膜经剥离工艺后，层压成型所需图案，监测20–120℃温度变化，TCR值0.0032 ℃⁻¹。相比昂贵Pt，Au导电性与柔性更佳。为消除拉伸应变对器件性能影响，Yu等巧妙利用预拉伸PDMS柔性基底磁控溅射Cr/Au薄膜，经光刻工艺制备可逆弯曲拉伸柔性温度传感器，器件最大拉伸30%时性能不变，改善了柔性传感器抗拉性差的缺陷。Dankoco等用有机银复合墨水喷墨打印在PI膜上均匀沉积银线，制得可弯曲柔性温度传感器，可测体表温20–60℃，平均灵敏度2.23×10³ ℃⁻¹，但滞后<5%。Ren等基于银纳米颗粒(NPs)/苯并五苯热敏电阻与有机薄膜晶体管(OTFT)集成，提出高热分辨率（动态范围=10位）柔性温度传感器，温度范围15–70℃，验证复合材料对温度的高度依赖性，证明Ag NPs在热敏电阻应用可行性，高动态范围传感器适合大面积传感器阵列与电子皮肤。Jeon等开发半结晶聚乙烯(PE)与聚乙烯氧化物(PEO)聚合物混合物填充镍颗粒的柔性温度传感器，镍颗粒浓度超渗流阈值时获高导电率（40 S/cm），利用二元聚合物混合物特有的大正温度系数(PTC)，制得传感器可在保持热循环稳定性的同时提供可调敏感温度范围，灵敏度比标准热电偶高三数量级（0.3 V/℃），具无线传输功能，但误差±3.1℃。值得注意的是他们致力于将无线感测技术与可印刷材料结合实现广泛应用。

金属氧化物也是重要活性材料，广泛用于温度传感器。金属氧化物高电阻温度系数可提升测温性能。金属氧化物半导体热灵敏性是指半导体化合物随温度变化电阻值变化的现象。Liao等报道含无机热敏材料二氧化钒(VO₂)的高灵敏温度/力学双参数传感器，基于PET/VO₂经转移印刷技术制备VO₂/PDMS多层结构。VO₂层经聚合物辅助沉积(PAD)技术沉积后蚀刻贴附PDMS膜，拉伸后形成纳米蜘蛛网状裂纹再压合至柔性PET基底。可检测270–320 K温度，分辨率0.1 K归因于VO₂高TCR。通过算法差分分离温度信号与力学信号，实现温度与力学变化同步监测。Huang等开发喷墨打印工艺，用氧化镍(NiO)在PI膜上生成稳定纳米颗粒墨水，在银导电轨道末端打印微小方形NiO薄膜快速制备温度传感器，弯曲测试下仍保持性能，响应速度与热电偶相当。金属与金属氧化物的广泛研究基于其热学性能，为柔性温度传感器领域奠定基础并展现有趣探索。

聚合物与有机材料

聚合物是柔性传感器最常用材料。除作基底或活性剂外，具机械柔性、轻量、透明、性能稳定、易加工、制造成本低的热敏复合材料在温度传感器应用中备受关注。常用热敏聚合物包括PEDOT:PSS、聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚吡咯(PPy)、苯并五苯、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAM)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等。

基于可提高拉伸碳纳米管温度传感器精度与鲁棒性的电路设计策略，Zhu等利用差分读出技术对比基于OTFTs的拉伸温度传感器活性敏感层组成。其中，偶氮交联聚苯乙烯-嵌段-聚(乙烯-共-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯(SEBS)与两种有机半导体(OSCs) PDPPFT4和PII2T混合旋涂于栅极介质层，CNTs作电极，测温范围25–55℃。两传感器温度系数分别为-2.89% ℃⁻¹和-4.23% ℃⁻¹，单轴应变0–30%时误差分别<1℃和<1.5℃，进一步证明差分读出法与OSCs在拉伸传感器中的可行性与普适性。Yokota等报道基于半结晶丙烯酸酯聚合物/石墨复合材料的大面积超柔性温度传感器，可多点测量且可印刷（图4b）。25–50℃间显示明显电阻变化，适合测量人体生理温度变化。具稳定热循环稳定性，灵敏度达20 mK，高速响应时间<100 ms。体内实验测得大鼠肺部核心温度稳定变化，但传感器高分辨率证实为0.1℃。基于上述特性的传感器阵列实现空间温度变化动态可视化热成像演示。但器件组件透气性不足，长期佩戴是待解决问题。

自供能始终是关注焦点。柔性器件自供能将显著降低外部能源依赖，使设备更便携简洁。热电聚合物材料是实现自供能关键。Yang等基于室温生长Te纳米线与P3HT聚合物形成的洁净复合热电材料开发柔性热电纳米发电机(TENG)（图4c）。TENG仅需55 K温差即可发电。因热电材料特性，TENG可作为柔性温度传感器监测整器件温差，并利用人体温度直接为传感器供电。室温监测灵敏度0.15 K。此外还演示另一自供电温度传感器，响应时间0.9 s，室温最小温度变化0.4 K。微小温度分辨率使传感器可监测指尖温度变化。自供能使柔性传感器设备更独立、减轻重量，也是柔性传感器未来发展可能性之一（表2）。

低成本、环保、易获取加工、生物相容性优异的材料是持续满足大规模生产的必要条件。纤维素这类近乎取之不尽的生物材料具优异性能，其弹性等优势在柔性传感器器件中发挥重要作用，可作柔性基底。聚吡咯(PPy)为线性生物相容聚合物，具优异电化学稳定性与快速响应。Mahadeva等报道基于原位聚合诱导吸附法，结合独特纤维素与纳米级PPy优异电学性能形成温湿度敏感复合材料，制备环保、低成本、生物适应性柔性温度传感器。因材料对湿度敏感，温度升高传感器电容增加。水凝胶近年持续受关注。因良好自愈能力、优异韧性与拉伸性、生物适应性，在柔性电子、健康监测、生物医学诊断等应用领域引起极大研究兴趣。但离子水凝胶作为良好离子导体可响应多种刺激，机械强度弱、温度灵敏度降低给柔性温度传感器应用带来挑战。为解决传统水凝胶缺点，An等提出双网络(DN)离子导电水凝胶，具优异温度传感器自愈性能。DN水凝胶自愈过程见图4d。添加高导热CNTs至具动态物理交联的高导电疏水缔合网络与离子缔合网络水凝胶中，提升DN水凝胶温度灵敏度。线性水凝胶温度传感器可完美贴合复杂物体表面并产生灵敏电阻变化。该材料研发拓展水凝胶在生物医学与柔性电子领域应用。

近年研究中，PEDOT:PSS为新型有机导电聚合物，常用于可印刷柔性温度传感器。PEDOT:PSS优势在于高导电率（10³ S/cm）、优异热电性能、强稳定性、掺杂时透明。大多数聚合物为p型半导体。添加二甲基亚砜(DMSO)或多羟基有机化合物如乙二醇等溶剂，可使聚合物导电率提高数十至数百倍。Harada等利用不同复合比CNTs与导电PEDOT:PSS溶液，通过多种印刷工艺制备系列复合热敏膜，温度灵敏度在0.25–0.78% ℃⁻¹，感测性能优于典型金属温度传感器。部分器件展现近体温分辨率<0.1℃或快速响应时间90 ms。研究团队利用多种印刷方法制备不同结构、优异性能的柔性温度传感器，除丰富医疗健康、可穿戴设备应用外，也引发对可印刷柔性传感器的思考。可印刷柔性温度传感器制造细节将在下一单元展开。除改变复合比影响复合膜性能外，结构改进也能优化同一复合膜性能。Oh等演示利用光刻剥离工艺与旋涂工艺制备仿生章鱼吸盘粘附结构的生物材料（图4e）。由pNIPAM热敏水凝胶、PEDOT:PSS与CNTs组成高灵敏电阻式温度传感器。器件在25–40℃范围内灵敏度2.6% ℃⁻¹，可准确检测0.5℃皮肤温度变化。因类吸盘微观结构及粘性，器件具抗弯折、无刺激、持久可重复粘附效果。

基于聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物P(VDF-TrFE)的透明可扩展纳米复合场效应晶体管，具高稳定性、强力学性能、低失真，常用于压力、应变、红外(IR)光感测器件。有趣的是，研究者发现此类器件对人体红外辐射高度响应，预测可用于监测人体生理温度变化。Trung等基于前期经验，利用rGO/P(VDF-TrFE)复合敏感层作沟道，经简单旋涂集成PEDOT:PSS制备可调柔性场效应晶体管(FET)温度传感器。薄膜温度响应与透明度可通过调节rGO浓度与复合膜厚度调控（图5a）。传感器可监测30–80℃温度变化，具0.1℃分辨率与监测能力，超高温度响应与优异温度感测性能验证了压电聚合物材料在软核温度传感器领域的应用可行性。同样，Tien等为实现传感器在多重刺激下采集压力与温度信号互不干扰，提出利用FET感测平台改变响应敏感层材料，基于前期研究结论采用P(VDF-TrFE)与钛酸钡(BaTiO₃, BT)纳米颗粒混合物作压电/热电栅极介质，五苯作有机半导体沟道直接集成于FET平台。柔性传感器在多重刺激下解耦输出信号，最小化应变耦合信号干扰。FET传感器可不成比例地同时呈现应变与温度。FET传感器阵列也可可视化响应刺激，展现低能耗、低故障优势，显示大面积多模态柔性传感器在电子皮肤领域应用前景。可印刷制备大面积柔性多参数OFET器件在生物医学监测、红外成像、电子皮肤具有优异应用潜力。

除解耦法减少/消除信号干扰外，为解决多参数柔性传感器信号相互干扰问题，Lee等提出基于电阻变化信号恢复时间推断温度的方法，将半导体氧化锌(ZnO)纳米结构掺入基质PVDF作填料（图5c），制备高灵敏多功能敏感层同步采集温度与压力信号。ZnO可增加PVDF介电常数，亦具热稳定性。Zhang等报道基于自供能微观结构框架支撑有机热电(MFSOTE)材料的双参数柔性传感器（图5e）。将温度与压力刺激引起的信号变化转化为两个独立电信号，实现温度与压力同步感测。该独特材料展现优异温度感测特性：监测范围25–75℃，分辨率<0.1 K，1 K温差下响应时间<2 s，可根据不同基底调节满足感测需求。

制造工艺

随着对柔性、多功能、工艺简易、高灵敏电子器件要求提升，轻量化、简易工艺、低成本、大面积制备的柔性传感器制造方法探索与发现始终是研究者热衷方向。本节主要总结近年报道的可行柔性温度敏感元件制造策略，讨论提升性能的关键工艺。

薄膜沉积

薄膜制备按材料相态分气相沉积与相沉积。相沉积包括后文提及的旋涂、喷墨打印；气相沉积按是否含化学反应分物理气相沉积(PVD)与化学气相沉积(CVD)。

PVD是在真空条件下将物理方法产生的原子/分子沉积于基底形成薄膜，常用于制备电极或活性金属层。常用方法包括真空蒸发、磁控溅射、离子镀。其中金属靶离子溅射指真空容器中高压1500 V作用下残余气体分子电离形成等离子体，阳离子在电场加速下轰击金属靶，溅射出的金属原子沉积样品表面形成导电膜。Ahmed等介绍基于柔性PI基底的Si温度传感器，利用射频磁控溅射形成金属电极间沉积未掺杂非晶硅敏感材料并封装，最终温度敏感元件嵌入柔性PI膜中，感测性能不受影响，30℃最大TCR 0.0288 K⁻¹。Webb等介绍两种超薄皮肤状传感器制造方法，以阵列形式自组装于皮肤表面提供清晰准确热性能监测。一结构由温度传感器阵列组成，敏感层为Cr/Au蛇形迹线结构经金属蒸发沉积于PI膜，经微影技术、湿法刻蚀，反应离子刻蚀与金属沉积完成阵列互联。另一结构采用多路复用寻址形成图案化PIN二极管传感器设计的掺杂Si纳米膜，敏感层经金属蒸发、光刻、CVD、湿法刻蚀步骤定义。两阵列见图6a。氯化铝酞菁(AlPcCl)常用于太阳能电池与湿度传感器。Chani等研究中AlPcCl用作热敏电阻，经真空热蒸发沉积于玻璃基底铝电极上。作者发现AlPcCl膜在25–80℃对温度灵敏度较高，退火可提升感测性能。Bin等开发以Pt电阻为热敏材料的柔性温度传感器，Pt蒸发于旋涂PI膜上沉积的Al层上，Pt层图案化为敏感层后旋涂PI材料封装，盐酸处理后剥离得完整柔性温度传感器，可用于生物医学领域物体表面温度测量。

微纳图案化制造

薄膜图案化是柔性电子制造核心技术之一。遵循自顶向下减材或自底向上增材基本思路，关键技术涵盖薄膜制备、图案化、转移、复制、保真等工艺。柔性电子要求大面积、低温、低成本图案化技术。借鉴微电子与微机电器件图案化技术，同时须考虑柔性基底、有机材料、大面积等柔性电子特性。目前柔性温度传感器可用图案化技术包括光刻、印刷、软刻蚀、纳米压印、喷墨打印、激光烧结、转移印刷、纳米直接写入等工艺。

光刻是柔性电子中实现各类精巧几何图形或结构的图案化方法。光刻过程利用不同灵敏度光刻胶在光照下的理化反应将掩膜版图案转移至基底。光刻通常在绝缘体（通常硅片）上旋涂光刻胶图案化所需结构，再经剥离工艺进一步实现。因光刻与剥离工艺，通常能实现高对准精度、高蚀刻精度、掩膜制作简易、工艺条件舒适，从而获得高精度、特征丰富的微观结构系统。Kim等开发集成温度传感器与热致执行器的超薄柔性缝合应用，利用光刻技术微加工设备，制得柔性医疗器械具稳定热性能。光刻受限于可用材料与精密设备必要性，可加工材料与薄膜厚度受限，不适合需大量活性材料的器件制造工艺。Yang等提出柔性植入微型温度传感器，利用表面微光刻在聚合物毛细管外表面蚀刻微型柔性温度传感器（微型温度计传感原理图见图6c）。以Pt为敏感材料线性度好，作为植入式生物医学温度传感器前景广阔。但此技术是微电子工业基础，开启了可穿戴柔性电子时代。

随科技发展，印刷工艺从传统文字图像领域拓展至微纳结构图案化领域。印刷技术可在各种基底沉积各种材料，工艺环境要求不苛。简言之，印刷技术包括凸版、平版、凹版、丝网印刷，演变为软刻蚀、转移印刷、纳米压印等方法。按具体实施方式，可穿戴传感器借助掩膜区分印刷与非印刷区域。掩膜印刷中需预先设计待转移图案再经掩膜成型。功能性活性材料可直接通过功能墨水印迹工艺转移至基底或电极。丝网印刷为典型掩膜印刷技术。绝对压力印刷过程中，功能墨水经带图案网版刮刀转移至基底形成图案。独特印刷方式使丝网印刷能在平面或曲面上实现快速、大面积、低成本制备，广泛用于传感器工作电路、电极、敏感元件制备。相比光刻技术，丝网印刷可在各种材料上制作图案，但图案分辨率难以满足复杂几何形状要求，仅适合制作简单形状图案。Yokota等搅拌混合多种半结晶聚合物与石墨形成超柔性温敏共聚物，用于人体生理温度监测的柔性温度传感器。超柔性温度传感器元件经掩膜印刷制备：将石墨填料共聚物夹在沉积于PI膜上的双金属指状电极间热压成型。Yan等采用平板吸滤印刷法通过掩膜沉积石墨烯，真空过滤转移至基底形成三维折叠图案结构，制得可拉伸石墨烯，可变热指数热敏电阻增加传感器感应面积与拉伸性。预设计可拉伸敏感材料图案在<50%拉伸下仍保持灵敏温度监测。为实现大面积传感器经济制造，Harada团队放弃沉积、光刻等复杂昂贵工艺，选择仅用印刷工艺制备系列多功能柔性传感器。PEDOT:PSS/CNT复合墨水经丝网印刷在PET基底形成电路，经激光写入(LS)打孔与下层PDMS结合。指纹状结构（图6d）与丝网印刷应变传感器层结合形成柔性传感器阵列。接触引起的变形与温差实现类人监测性能。另一研究中，Kanao等同样采用全印刷技术，提出基于悬臂梁结构的多功能柔性传感器阵列（图6e）。在PET基底双面丝网印刷电路上分别放置应变传感器与温度传感器，通过图案化掩膜在丝网印刷电路电接触处印刷柔性温度传感器(PEDOT:PSS/CNT复合墨水)。全印刷阵列传感器用于模拟人皮肤感测特性。悬臂梁结构受力时，热源更接近基底底面温度传感器，从而更准确监测温度变化。

转移印刷是将图案化表面凹/凸结构通过无图案印章转移至受体基底的印刷方法。基本原理是利用印刷层相对印章与基底的不同粘附性实现图案转移。转移印刷分直接转移印刷与间接转移印刷。柔性温度传感器制造中常用后者，即利用预印刷图案化薄膜转移至受体基底。前文综述多例有机材料作敏感层，但无机材料作温度敏感材料较少。值得注意的是Liao等报道含无机热敏材料VO₂的高灵敏温度/力学双参数传感器，基于PET/VO₂经转移印刷技术制备VO₂/PDMS多层结构。VO₂层经PAD技术沉积蚀刻贴附PDMS膜，拉伸形成纳米蜘蛛网裂纹再压合柔性PET基底。可检测270–320 K温度，分辨率0.1 K归因于VO₂高TCR。通过算法差分分离温度与力学信号，实现同步监测。为解决柔性温度传感器伸缩性不足，Yu等基于转移印刷技术发明可在器件拉伸/压缩30%仍保持性能的柔性器件。以Au/Cr层为热敏电阻经标准光刻技术在SOI上图案化，剥离热敏层经柔性PDMS印章粘附，转移印刷至预拉伸柔性PDMS基底释放基底，形成可拉伸柔性温度传感器（制造工艺见图7a）。

喷墨打印为精准、快速、可重复的薄膜制造技术，广泛用于传感器开发。相比其他印刷方法，喷墨打印具便捷、灵活、快速、低成本、兼容性好、精度高等优势。喷墨打印图案需后处理（干燥、固化、烧结等）完全成型，通过将墨水纳米颗粒转化为连续材料提升印刷图案性能。印刷过程中墨水表面张力与粘度性能、印刷图案质量对喷墨设备性能要求高。特定尺寸基底条件下，导电迹线长度尽可能长，线宽、厚度、间距合理。重复实验获喷墨系统喷射系数。例如Dankoco等用喷墨打印沉积以银为主成分复合墨水于PET膜制备可弯曲柔性温度传感器，基底电路清晰平滑，墨滴一致，用于测量人体温度。Oh等开发极高灵敏透明多功能电子皮肤传感器阵列制造过程（图7b）。柔性阵列具监测温度、湿度、应变功能，可感知呼吸、触觉等感觉。GO与rGO作为湿度与温度敏感材料，经喷墨打印通过掩膜喷涂于CVD生长石墨烯电路的PDMS基底上。两传感器横向与纵向对齐，温度传感器位于底层。交叉层压后形成PDMS/石墨烯压力应变传感器。作为多功能柔性传感器，可同时独立响应单一信号。喷墨打印石墨烯比CVD生长石墨烯高七个数量级，性能优势多文献反映，部分研究结果优于CVD石墨烯产品。喷墨打印与丝网印刷均为实现大面积传感器制备的快速低成本技术手段。Zirkl等结合两种快速制造技术创建全印刷柔性传感器阵列，采用多重丝网印刷与喷墨打印，仅用五种功能墨水即在同一柔性基底上轻松集成多功能电子元件（含压力温度敏感传感器、电致变色显示器、有机晶体管）（图7c）。因制造速度快、成本低，未来可应用于卷对卷(R2R)制造工艺的智能传感器网络。一次性电子皮肤系统(EES)发展尤为关键。类似前例，Vuorinen等介绍喷墨打印后类创可贴温度传感器，使用石墨烯/PEDOT:PSS复合墨水印刷于适合皮肤的PU材料上。除实现>0.06% ℃⁻¹灵敏度外，利用喷墨打印机在高分辨率(1270 dpi)银丝网印刷间进行蛇形图案喷墨打印，改善了喷墨打印难以印刷蛇形等复杂图形的不足。随喷墨技术在柔性电子中应用研究深入，喷嘴控制与墨水技术也在改进。相比丝网印刷高速制造，喷墨打印需调试过程，印刷速度不如丝网印刷。同时喷嘴同时运行数量少、喷嘴故障率高限制喷墨打印制造技术停留在实验室，难以实现工业大面积制备需求。

激光直接写入(LDW)技术利用计算设计预设图案，直接利用激光束消融无需掩膜真空沉积，可直接在基底材料表面完成图案转移，具良好空间选择性、高直接写入速度与加工精度、周期短、材料利用率高、低污染。相比需高温复杂工艺激活感测功能的传统温度热敏电阻，LDW可在预设图案上选择性退火。Shin等提出新型整体激光诱导还原烧结(m-LRS)制造方案，退火过程中还可还原金属氧化物NPs。在脆性PET基底刮擦NiO NPs墨水，利用m-LRS技术直接还原NiO图案化线性Ni电极，形成平面Ni–NiO–Ni异质结构（图8a）。从单一材料NiO NPs制备由Ni电极与NiO感测通道组成的完整柔性温度传感器系统的独特方法，为柔性温度传感器快速制备提供新思路。不同于前文设计制备的全印刷传感器阵列，Harada等基于前期研究提出更直接的柔性温度传感器批量制造方法。将柔性温度敏感复合墨水印刷于基底，利用激光直接蚀刻掉多余部分，留下设计图案完成温度传感器阵列制备。切割基底模仿动物触须制造人工电子触须(e-whisker)结构（图7d），应变传感器由层压丝网印刷形成。仿生传感器阵列利用结构优势可扫描感知三维物体。

在实现低成本大面积制备前提下，一次性智能监测设备不仅让监测行为随时随地进行，还保障柔性监测设备安全卫生。Gong等提出笔写纸基制造法，利用毛笔书写或掩膜将石墨烯纳米带(GNR)导电墨水滴在纸基碳纳米管电极间（图8b）。透明胶带封装后得柔性温度传感器。研究中GNRs展现优异感测性能，满足体温监测要求。该制造方法为快速大面积一次性柔性设备应用提供可靠支撑。

其他常用制造方法

逐层旋涂基底层、活性层、封装层是液相法制备柔性温度传感器常用方式。旋涂技术常用于基底制备与封装保护。对溶液状敏感材料采用旋涂。旋涂不仅显著提高生产效率，也具大面积制备优异潜力。Kim等演示有机场效应晶体管(OFET)阵列制造过程，利用旋涂工艺在模具上设计微观结构，以结晶P(VDF-TrFE)材料作栅极介质等材料封装形成OFETs，微观结构引入增强感测性能。仿生结构柔性温度传感器制造过程（图8e）：仿生章鱼吸盘粘附层经旋涂工艺制备，结合光刻剥离技术与倒模技术。具优异温度监测效果，材料亦在人体生物相容性方面表现优异。Liu等经基底表面电离处理后丝网印刷柔性电极，再经空气喷涂法将敏感层rGO连接柔性导线，封装后形成温度敏感柔性传感器主结构（图8c），可用于制造机器人皮肤。Huang等制备25–42℃范围内具柔性、高分辨率、高重复性温度传感器。将搅拌超声处理后的PEO1500/PVDF/Gr复合溶液滴在PI柔性基底上，特定转速旋涂成层，封装成温度传感器，验证了医用体温传感可能性与可行性。旋涂技术作为可穿戴器件有效制造工艺也引入Wu等研究。他们设计具热感能力的有机薄膜晶体管，巧妙通过独特三臂三维复合聚乳酸、聚乳酸(tascPLA)溶液旋涂于Si基底蒸发Au栅极电极上，再经热蒸发沉积Au源漏极。含tascPLA复合膜同时作为OFET栅极介质与基底材料。柔性电子中以织物为感测元件载体者不少。导电纱线/织物浸渍导电墨水是柔性传感器最常用涂层技术。导电织物发展为智能织物应用提供合理前提。Sibinski等开发监测30–45℃温度范围的温度传感器，且目前实现单纱丝丝状微型化。图8d所示，PVDF单丝纤维经浸渍涂覆PMMA聚合物混合MWCNTs作热敏层，具良好温度灵敏度与极高重复性，易集成针织服装。另一基于有机材料成型性能的方法也用于制造柔性传感器膜结构或测试感测性能样品。Yang等研究热电纳米发电机(TENG)制造工艺采用滴铸膜法，经比较舍弃滴铸效果弱易破碎的PEDOT:PSS材料，将Te纳米线与P3HT聚合物氯苯溶液混合滴铸于柔性Kapton基底制备复合膜，复合材料也铸在白色织物上，显现明显温度感测能力与热电性能，可用于可穿戴热收集器。丰富多样制造方法为柔性电子发展奠定基础。在大规模量产要求下，合适制造技术持续发展，未来期待完美可穿戴柔性器件。

结果与讨论

柔性温度传感器关键参数

柔性温度传感器可贴合人体监测体表微小温度变化或特定部位实时温度，甚至体内核心或组织器官温度。其通过电阻变化响应温度变化并输出电信号。随柔性电子器件需求增加，传统温度传感器扩展性差、难携带、实时性差等劣势日益不适合柔性可穿戴设备。当前柔性温度传感器需具备高灵敏度、快响应时间、合理测试范围、高精度、高耐久性等高性能以更好实现监测功能。

灵敏度

传感器灵敏度指静态条件下系统响应变化量∆y与相应输入变化量∆x之比，即输出与输入量纲之比。当传感器输出输入量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。常见电阻式柔性温度传感器电阻温度系数TCR(单位℃⁻¹)表达式为：ΔR/R₀ = s(T - T₀)，其中s代表TCR。若传感器输出输入呈线性关系，灵敏度恒定；否则随输入量变化。通常提高灵敏度可获得更高测量精度。多数用于体温监测的柔性传感器仅关注10℃以内温度变化，因此需要高温度灵敏度捕捉微小温度变化。此处总结提高柔性温度传感器灵敏度的几种典型方法与概念，为进一步改进提供参考。

柔性温度传感器感测性能通常与材料性能密切相关。采用热性能显著的复合材料是实现高灵敏传感器的途径之一。温度刺激后内部导电网络变化将影响器件温度灵敏度。为提高活性材料温度灵敏度，采用将温度波动转化为机械变形的策略放大导电网络对温度变化的响应。将热敏材料与高正热膨胀系数基底连接增强热致变形。此法应用于石墨烯、石墨、石墨烯纳米壁制备的传感器。例如Huang等设计制备的柔性温度传感器中，Gr在PEO/PVDF二元复合材料中建立导电路径（图9b过程）。温度变化致PEO由晶态向非晶态转变，临近PEO熔点时熔化，PEO体积膨胀破坏复合材料导电网络，导致电阻率剧增，增强PTC效应强度，可在窄温域快速响应。实验证明PEO热性能在器件PTC效应中起主导作用。另一提高柔性温度传感器灵敏度途径是采用独特结构。近年为提升温度感测性能，通过改变结构开发各种设计策略。Yu等近期提出基于工程微裂纹形态调控PEDOT:PSS膜在PDMS基底上裂纹形态，通过调节基底表面粗糙度、酸处理时间、预拉伸程度提升传感器温度灵敏度。图9d展示平均裂纹长度与裂纹密度对温度灵敏度影响。结果表明：裂纹越长、密度越高，温度灵敏度越高。证明微裂纹结构在传感器温度灵敏度中起关键作用，获得高密度微裂纹结构是获取高温度灵敏度关键。高密度与高长度直接对应高温度灵敏度。柔性电子器件制造工艺在器件生产中起关键作用，可有效提升柔性温度传感器灵敏度。正如Shin等采用快速整体激光诱导还原烧结(m-LRS)制备Ni/NiO柔性温度传感器，区别于喷墨打印法，直接在NiO层上还原烧结Ni电极，在金属电极(Ni)与温度敏感材料(NiO)间形成高质量整体接触。Ni–NiO–Ni异质结构温度传感器展现比同类其他传感器更高温度灵敏度（图9e）。拉曼光谱与X射线衍射(XRD)测量表明优异灵敏度源于m-LRS工艺独特热激活机制。此外，因柔性温度传感器多为触觉敏感，推断薄膜厚度影响灵敏度。Lee等研究验证高灵敏纸基厚度对灵敏度影响，采用简单浸渍制造法在印刷纸上沉积敏感材料，浸渍时间影响膜厚。图9f显示不同厚度下灵敏度不同性能。需注意：灵敏度越高，测量范围越窄，稳定性越差。因此提高灵敏度的同时必须兼顾稳定性与精度。

柔性温度传感器其他参数

柔性温度传感器感测范围是重要参数，指可检测最低与最高温度。本文仅关注适合体温监测的测量范围(30–45℃)。另一关键性能参数响应时间，通常定义为温度传感器从施加温度刺激到产生稳定信号输出所消耗时间。部分文献也定义为传感器温度从T_sensor上升至温升(T₀)90%所需时间。响应时间与活性材料热响应本身相关，反映温度传感器对温度快速响应能力。在实时人体健康监测产品、具即时响应的可穿戴人工智能元件等应用中，均要求更短响应时间。

传感器感知被测最小变化量的能力定义为分辨率。即输入量从非零值开始变化时，若输入变化值不超过某绝对值，传感器输出不变，意味着传感器无法分辨输入量变化。精度指正负三个标准差近真实值与量程之比、测量值与真实值最大差值、测量值离散程度。对测量仪器，精度为定性概念一般不要求数值表达。因人体体温日内正常波动微小，高分辨率或高精度对体温监测柔性温度传感器意义重大，决定柔性温度传感器更广泛应用。

重复性指同一测量系统在相同工作条件下同方向对全量程多次(>3)测量同一激励量时测量结果不一致程度。柔性温度传感器中耐久性指长期使用环境下保持稳定感测功能与完整器件能力。高耐久性与高重复性的柔性温度传感器可满足长期稳定使用基本要求。线性度通常定义为实际输入-输出关系曲线与理想拟合曲线偏离程度，常用百分数表示。因此线性范围内输出信号更准确可靠。高线性度也利于输入输出信号标定与后续数据优化处理。对高线性度柔性温度传感器开发需求日益增加。

应用

生物体准确快速响应外界环境刺激是生命基本特征。温度感应使人类预测危险、应对疾病。体温异常变化常对早期预防起关键提醒作用。随柔性电子器件研发，如电子皮肤、智能健康监测系统、智能纺织品、生物医疗设备等，具多功能信号采集的传感器成为必需。柔性温度传感器是医疗健康应用中不可或缺的重要部分。近年新材料、新制造技术、独特感测方法进展为新型皮肤状柔性温度传感器发展提供重要参考与坚实基础。这些传感器中，灵敏度、分辨率、响应时间等基本性能参数甚至超越天然皮肤。尽管大量基础与应用研究使成果从实验室走向实际应用，但实际应用中仍有许多挑战待解决。以下总结近年柔性温度传感器在柔性电子应用中独特、优异、实用的应用实例。

柔性传感器具大面积可变形、轻量、便携特性，可实现传统传感器无法实现的功能。电子皮肤在柔性基底上集成各类传感器与导体形成高柔性高弹性类皮肤传感器，将压力、温度、湿度、硬度等外界刺激转化为电信号传输计算机处理，甚至识别常规物体。具类似功能的电子皮肤是未来机器人在非结构化环境实现感知的必要特征。电子皮肤使机器人像真人一样敏锐感知外界环境变化。虽电子皮肤原理简单，但覆盖机器人表面仍存挑战。电子皮肤用途决定需在机械变形中保持器件完整性与感测性能。理想柔性电子皮肤制备方法为图案化制造：利用溶液材料通过印刷技术直接沉积基底形成图案，常温常压下实现卷对卷(R2R)大面积制造，使皮肤具备尺寸大、良率高、生产成本低、环保等优势。Someya等开发具柔性、大面积、集成温度压力感测能力的电子网状皮肤（图10a）。可拉伸电子皮肤在节点分布多热与压力传感器通过OTFT读取数据。其中热传感器阵列基于有机二极管，制备于表面镀氧化铟锡(ITO)的聚乙烯萘二甲酸酯(PEN)上。热敏薄膜经数控切割机机械切割，R2R工艺制备网状结构，层压结合完成热传感器阵列制备。帕里伦保护层置于有机半导体层上作柔性气体阻隔层，将器件耐久性从天级延长至周级，避免测试中晶体管与二极管机械损伤。传感器原态空间呈方形，拉伸后成菱形，拉伸25%仍保持优异电学特性。网状结构建立拓展电子皮肤用途。多参数多节点分布式结构也使监测不规则形状物体成为可能。Kim等提出一种表皮电子学，指固定于皮肤表面的超薄柔性电子器件（图10b）。仅靠范德瓦尔斯力即可完美贴合皮肤感测温度、应变、动态响应。潜在应用包括生理状态检测(脑电、心电、肌电)、伤口检测或治疗、生物/化学感知、人机交互界面、无线通信等。将测量装置中所有器件以完全不同方式集成：集成多功能传感器(温度、应变、电生理)、微尺度发光二极管(LED)、有源/无源电路单元(晶体管、二极管、电阻)、无线供电线圈、无线射频通信器件(高频电感、电容、振荡器、天线)。皮肤电子学具超薄、低弹性模量、轻量、延展性特征。器件以绕线状纳米线或微纳薄膜形式制造，使系统承受更大弹性变形。可通过软触工艺轻松转移至皮肤表面，如纹身贴纸。虽电子皮肤功能丰富，但应变超12%时谐振频率会漂移。此外超薄柔性器件耐久性也需关注。设计制造未来电子皮肤系统时需考虑上述不足。

可穿戴健康监测系统旨在采集人体热参数：体温、表皮温度、热流等。用于观测推断代谢、发热、疾病感染、皮肤愈合、热适应(植入物、假肢)等。相比传统监测系统使用场景局限，柔性可穿戴温度监测系统近年研究展现更灵活应用与优异热参数监测效果。前文介绍的Shin团队m-LRS NiO温度传感器系统，在验证其作为电子皮肤应用潜力的实验中（图10c），三并排温度传感器贴于机器人手指可准确感知微流体管道中冷热水流速、流向与温度响应。此外具红外热辐射引起温升的高分辨率能力。且高曲率贴合特性使传感器系统亦可监测呼吸，为疾病或中毒引起的异常呼吸症状提供早期预警。运动前后呼吸变化实验验证了系统监测人体微小呼吸与温度变化的有效性。他们提出的整体制造技术为医疗健康系统与电子皮肤大规模发展提供有益帮助。Webb等报道两种不同结构的柔性超薄灵敏温度传感器/执行器：经微影技术制备Cr/Au蛇形网络TCR传感器阵列，与沉积后腐蚀纳米PIN传感器阵列，两者均具高灵敏度、快速响应、高精度。可实现外界刺激引起人体血流变化导致的皮肤表面温度微小变化无创监测。通过准确测量皮肤热导率与监测皮肤水分，对血糖监测、药物输送吸收、伤口或恶性肿瘤变化等健康管理具有实际应用价值。对基于生命体征监测健康状态的柔性传感器系统，易制造、牢固贴合、强生物适应性至关重要。Yamamoto等开发更适合心电图(ECG)传感器的无凝胶粘性电极（图10d）。经图案化印刷制备温度传感器组装形成柔性传感器系统，可监测脱水或中暑症状发生。生物相容性材料解决传统凝胶无法长期贴合人体问题。开放柔性感测系统平台可添加各类传感器拓展更广泛应用。皮肤温度与热传递特性可表征为临床医学与皮肤生理学基础研究关键信息。就热适应而言，监测预测残肢皮肤温度至关重要。例如假肢间隙形成温湿微环境，促细菌生长致皮肤炎症。局部皮肤温度监测利用隐藏于日常纺织品中的柔性温度传感器，因高一致性极适合皮肤温度无感监测，显著造福患者与医护人员。Lugoda等利用不同工业纱线制造工艺将柔性温度传感器集成织物，研究柔性温度传感器嵌入纺织纱线感测效果。验证嵌入纱线温度传感器弯曲阻力与重复性。拉长传感器由沉积于PI膜Ti/Au层图案化制得（图10e）。嵌入护臂温度传感器实验验证该传感器纱线可用于制造智能测温纺织服装。智能测温纺织品可用于假肢热不适检测、糖尿病足溃疡早期预测袜、持续测量婴儿体温纺织品、监测伤口感染绷带等热适应监测应用。利用工业纱线制造技术集成柔性温度传感器使大规模智能纺织品制造成为可能。

随柔性电子发展，多功能柔性可穿戴设备在医疗健康、智能监测设备、人机交互/结合、智能机器人等相关领域应用日益广泛。柔性温度传感器在柔性可穿戴电子器件中实用性强，尤其监测人体健康离不开精准温度控制。无线传输功能引入使人们能分析利用温度传感器测量结果。Honda等提出可穿戴人机交互装置，具药物输送功能的图案化“智能绷带”（图11a）。器件利用低成本图案化印刷技术在柔性基底集成温度传感器、MEMS结构电容式触觉传感器、无线线圈。柔性装置实物展示于手臂上。可添加软光刻制药物输送泵(DDP)与药物排放微通道，向伤口或体内部位供药改善佩戴者健康。作为可穿戴交互人性化健康监测无线设备应用，将在未来可穿戴电子应用中发挥积极作用。智能伤口贴片：创伤后伤口感染难愈合。传统伤口敷料下愈合过程往往不可预测，难获满意修复结果。伤口感染或愈合中会出现异于正常体温的温度变化，因此监测伤口微小温度变化对理想伤口愈合极为必要。为消除伤口愈合“黑箱”状态实时掌握伤口情况，Lou等提出透明柔性闭环伤口愈合系统促进伤口愈合实时监测伤口。柔性伤口愈合系统(FWHS)与柔性伤口温度感测装置(FWTSD)呈双层创可贴形状可直接贴合伤口。上层为由温度传感器、电源管理电路、数据处理电路组成的柔性温度感测层。下层为胶原-壳聚糖真皮等效物用于皮肤再生。智能手机安装定制软件应用(App)接收感测层数据实时显示分析伤口温度（图11b）。系统具高灵敏度稳定性、良好延展性、可靠性与生物相容性。除监测正常伤口再生过程外，生物实验中实现严重伤口感染及时预警。集成促愈、实时温度监测、无线传输、可视化的智能伤口愈合系统集伤口监测、预警、按需干预于一体，未来或将出现。若伤后严重感染未及时治疗，可能造成更严重身体损伤。及时监测伤口状况、快速有效诊断治疗是减少伤口感染并发症发生加重的迫切需求。另一研究中，Pang等提出双层结构高灵敏、良好耐久、远程控制柔性智能绷带。上层PDMS封装经蛇形导线连接集成温度传感器、紫外(UV)发光二极管、电源、信号处理电路，下层设计UV响应抗菌水凝胶。温度传感器检测异常温度超阈值时无线传输信号至智能终端，并通过终端应用控制原位紫外辐射释放底层水凝胶抗生素作用于伤口，实现早期感染诊断与处理。系统可实时监测伤口状态、准确诊断、按需治疗。该智能创伤诊断系统研究为创伤疾病预防治疗如伤口治疗、糖尿病溃疡提供新策略与诊疗思路，此类系统推广应用前景广阔。先进手术工具发展是改善人类健康重要举措。柔性电子进步为临床医疗器械柔性化微型化提供可靠支撑。同时柔性器件功能丰富，使临床器械短时间内对病变部位实施多重操作，降低手术风险。Kim等发明将包括柔性温度传感器阵列在内的多功能元件组直接集成传统球囊导管弹性膜上（图11c,d），为临床应用提供多种功能。动物活体实验验证该球囊导管提供病变深度、接触压力、血流或局部温度等关键信息，球囊上射频电极用于组织可控局部消融。具体用于心脏消融治疗。另一研究中，他们开发两种薄型可弯曲柔性温度传感器应用于医用缝合线，这是临床医学中最简单最广泛使用的器械之一。一为基于生物纤维膜集成Au热致执行器与硅纳米二极管温度传感器的超薄缝合线。另一为基底双侧Au导线间形成两组1×4 Pt金属温度传感器阵列缝合线。旨在帮助生物伤口愈合与监测伤口恢复。在接触人体柔性曲面的生物适应性平台上构建半导体器件与传感器等组件充满挑战。

众所周知，部分手术会留下钢板、支架、起搏器、植入物等异于人体组织的物体，引起身体不适。可吸收器件发展将优化手术植入设备术后问题，降低手术风险与术后愈合难度。Kang等报道多功能硅传感器，大鼠脑植入实验证明构成传感器所有材料(乙酸乙酯、硅纳米膜(Si-NMs)、纳米多孔硅、SiO₂)均可通过水解和/或代谢自然吸收，无需再次取出。可持续监测颅内压与温度等参数，展示可吸收器件治疗脑外伤性能优势。植入式血管支架出现为介入手术顺利进行提供有力支撑。血管支架通过持续结构在阻塞血管扩张血管恢复血流。但传统血管支架长期留置体内引起炎症仍难诊断治愈。Son等介绍基于生物可吸收与生物惰性纳米材料的生物可吸收电子支架(BES)应用（图11e,f）。集成流量感测、温度监测、无线供电/数据传输、抑制炎症、局部给药、高温治疗装置。Mg温度流量传感器由粘附层、纤维状Mg电阻(感测单元)、外封装层(MgO与聚乳酸(PLA))组成（图12a）。实验研究表明，将生物可吸收电子植入物与生物惰性治疗纳米颗粒结合的血管内智能支架系统尚未获认可。

温度可视化使柔性温度传感器功能更凸显。弥补传统红外成像设备昂贵、不利携带、动态物体测量不准等缺点。高强度聚焦超声(HIFU)、智能设备监测等场合将使温度测量更准确有用。An等开发PEDOT:PSS温度传感器，采用超长银纳米纤维(AgNFs)与银纳米线(AgNWs)混合网络作高性能透明电极层，经图案化制造与多路复用技术制备电容式柔性透明多功能传感器阵列（图12b）。电容变化比同用ITO电极图案化传感器高17倍。未来可在智能设备上同时实现指纹、压力、温度变化指尖间可视化显示。应用于指纹识别功能，可提升智能移动设备安全性。Gao等介绍结合比色温度指示剂与无线、图案化、可拉伸柔性电子技术的发光装置。在薄弹性基底上结合比色读取与射频(RF)驱动形成大规模热致变色液晶(TLC)像素阵列，映射皮肤热特性。无创前提下，传感器系统利用射频信号控制局部加热以高温度精度(50 mK)与高空间分辨率勘测映射皮肤温度。通过充血反应测试评估皮下血流（图12c）。水合分析反映皮肤健康问题。图示验证器件可快速可视化响应血流微小变化。通过水合分析反映心血管与皮肤健康问题。如红外相机透视能力，装置可用于核心体温、伤口愈合监测、近体植入设备检查、恶性肿瘤癌症筛查等生物医学相关功能。独特之处在于柔性装置可用手机读取，可长期佩戴。温度可视化系统为皮肤热特性描述提供巨大前景，致力为判定人体健康与生理状态提供有用指标。另一研究中，Kim等提供利用热致变色材料直接观察温度变化可行思路。区别在于其温度变化描述无具体数值显示，只能判断大致温度变化范围。但He等优化热致变色材料测温映射精度，可更准确反映温度具体数值（图12d）。未来对温度敏感且能准确响应温度的热致变色材料开发也将逐渐成为研究重点。特别是他们制作的反向缓冲材料呈现类人肤颜色。此外利用3D打印技术制造柔性压力传感器，简化制造工艺，因传感器结构参数可调显现可定制功能，实现整体结构制造。未来3D打印是开发独特功能结构最佳候选者。因该技术可实现器件整体制造，简化工艺流程并保证一体成型要求，也将在柔性传感器领域获得巨大人气。

结论

本文综述高灵敏柔性温度传感器在人体监测、热敏材料、制造策略、基本性能、应用方面的最新进展。作为人体内相对稳定动态变量，体温或局部温度(创伤)在情绪或生理活动影响下可能有不同程度微小波动(约0.5℃)。柔性温度传感器监测温度需具备可比性。传统红外相机温度分辨率较小(<0.1℃)。此外，及时快速监测体温是另一突破关键。当前温度传感器响应时间可达毫秒级，但复位时间过长问题存在。如何缩短响应时间与复位时间差将直接影响传感器监测效率与能力。随多功能传感器发展，如何避免多信号间相互干扰，使各信号各自响应刺激独立响应互不干扰准确输出，成为提升传感器性能亟待解决完善的问题。柔性温度传感器发展展现可预见未来。未来柔性温度传感器还将实现大面积低成本制造、高灵敏度、自供能、可视化、自愈、可降解、无线远程感测传输等功能。进而集成其他功能投入使用。将采集温度数据纳入健康大数据平台可为人类未来医学诊断提供最佳帮助与数据支持。此外，图案化微纳制造技术是低成本量产传感器良好建议。基于印刷工艺相对成熟工艺流程，集成多功能大面积柔性器件指日可待。当前柔性温度传感器虽可实现更高灵敏度，但部分传感器未消除环境因素对温度传感器干扰。未来用于体温监测的柔性温度传感器可努力对抗环境影响。虽柔性传感器本身脆弱轻薄，但需连接电源电路与电源，大幅降低整体柔性。未来监测体温柔性温度传感器随信号采集方法进一步优化，可在更高效自供能条件下实现实时可视化数据无线传输，将为智能监测系统带来巨大改进。体表温度监测深受环境影响，核心体温相对稳定。用于体温监测的柔性温度传感器可贴合体表(额头、手臂、腋窝等)监测体表温度甚至波动，也可测量小范围内相对稳定核心温度。非植入式柔性传感器需在可穿戴性、生物相容性、耐久性上更多改进以满足更广泛人群需求，成为人人可用的柔性应用设备。有创柔性温度传感器无论植入过程还是使用过程，最小化对身体损伤是首要考量。因此探索开发生物相容或可降解感测材料与传感器无疑是改进方向。体内不会因异物产生排斥或过敏反应。未来柔性温度传感器将出现在我们周围许多场合。高性能、易制造、低成本、广泛应用范围柔性温度传感器开发探索将持续进行。

数据与材料可用性

不适用。

缩略语

PDMS:

聚二甲基硅氧烷

PI:

聚酰亚胺

PU:

聚氨酯

PET:

聚对苯二甲酸乙二醇酯

PVA:

聚乙烯醇

PVB:

聚乙烯醇缩丁醛

CTE:

热膨胀系数

CB:

碳黑

CNTs:

碳纳米管

TCR:

电阻温度系数

EG:

膨胀石墨

Gr:

石墨

PEO:

聚乙烯氧化物

PVDF:

聚偏二氟乙烯

PEDOT:PSS:

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)

MWCNTs:

多壁碳纳米管

SWCNTs:

单壁碳纳米管

GO:

氧化石墨烯

rGO:

还原氧化石墨烯

GNWs:

石墨烯纳米壁

PECVD:

等离子体增强化学气相沉积

TS:

透明可拉伸

Au:

金

Ag:

银

Cu:

铜

Pt:

铂

Ni:

镍

Al:

铝

MEMS:

微机电系统

Cr:

铬

OTFT:

有机薄膜晶体管

NPs:

纳米颗粒

PE:

聚乙烯

PTC:

正温度系数

VO₂:

二氧化钒

PAD:

聚合物辅助沉积

NiO:

氧化镍

P3HT:

聚(3-己基噻吩)

PPy:

聚吡咯

pNIPAM:

聚(N-异丙基丙烯酰胺)

SEBS:

聚苯乙烯-嵌段-聚(乙烯-共-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯

PDPPFT4:

聚(二酮吡咯吡咯-[3,2-b]噻吩[2′,3′:4,5]噻吩[2,3-d]噻吩)

PII2T:

聚(异吲哚-双噻吩)

OSCs:

有机半导体

TENG:

热电纳米发电机

DN:

双网络

DMSO:

二甲基亚砜

P(VDF-TrFE):

共聚物聚偏二氟乙烯

IR:

红外

FET:

场效应晶体管

BT:

钛酸钡

ZnO:

氧化锌

MFSOTE:

微观结构框架支撑有机热电

PVD:

物理气相沉积

CVD:

化学气相沉积

AlPcCl:

氯化铝酞菁

RF-PECVD:

射频等离子体增强化学气相沉积

FCCVD:

浮动催化剂化学气相沉积

PEI:

聚醚酰亚胺

LS:

激光写入

R2R:

卷对卷

EES:

电子皮肤系统

LDW:

激光直接写入

GNR:

石墨烯纳米带

tascPLA:

三臂三维复合聚乳酸、聚乳酸

XRD:

X射线衍射

m-LRS:

激光诱导还原烧结

NTC:

负温度系数

ITO:

氧化铟锡

LEDs:

发光二极管

ECG:

心电图

DDP:

药物输送泵

FWHS:

柔性伤口愈合系统

FWTSD:

柔性伤口温度感测装置

UV:

紫外

Si-NMs:

硅纳米膜

BES:

生物可吸收电子支架

HIFU:

高强度聚焦超声

AgNFs:

银纳米纤维

AgNWs:

银纳米线

TLC:

热致变色液晶

RF:

射频