西工大新聞網4月27日電（高久偉）柔性可穿戴電子系統作為新型的便攜式電子設備，在人機交互、狀態監測、醫療保健等領域具有廣泛的應用。性能優越的可穿戴電子系統通常需要堅韌的材料來保證其耐用性和穩定性。由于纖維狀的電子材料更易于集成到可穿戴設備中，且具有優良的結構靈活性，從而成為可穿戴電子系統中必不可少的基本組件。然而，制備兼具較高機械強度和優異拉伸性能的纖維材料仍然極具挑戰。
圖1 超強可拉伸纖維應變傳感器
西北工業大學黃維院士團隊王學文教授課題組與北京理工大學教授宋維濤合作，報道了一種可用于人體健康監測的柔性纖維應變傳感器( Adv. Mater. 2022, 2107511)。在這項工作中，研發團隊巧妙地利用外層與內芯力學性能耦合的策略，以一種高強度、高彈性的新型聚氨酯（PU）作為導電纖維傳感器的內芯，極大的增強了纖維應變傳感器的力學性能，實現了同時具備高力學強度和優異拉伸性能的柔性纖維傳感器，解決了機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實現了不同直徑纖維傳感器的可控制備，并通過微纖維網絡結構以及封裝層的共同作用，極大的降低了纖維傳感器的恢復遲滯性。
新型纖維應變傳感器同時具有優異的應變范圍（~700%）和較高的拉伸強度（~17.6 MPa）。在應變檢測中表現出高靈敏度和超高的應變分辨率（0.0075%），且可實現對0-40Hz低頻振動信號的精準監測。研發團隊將高性能纖維應變傳感器植入到衣服中，研制了柔性可穿戴智能健康監測系統，該智能電子服裝可實現對身體震顫、脈搏、呼吸、手勢及6種人體運動姿態的實時監測。該成果將有助于推動健康評估與疾病診斷技術向智能化、高效化、精準化等方向發展，為改進和提升醫療信息傳遞、處理的效率和質量提供新的思路，促進遠程醫療、“無人”醫療、智慧醫療等變革性醫療技術的發展，為智能時代的實現提供重要的技術儲備。
圖2 超強可拉伸纖維應變傳感器性能表征及人體健康監測應用
圖3 纖維進行超過700%的拉伸
圖4 脈搏波監測
圖5 跑步狀態監測
上述工作得到了國家重點研發計劃（2020YFB2008501）、國家自然科學基金（11904289，61960206007）、陜西省自然科學基金（2019JQ-613）、陜西省重點研發計劃項目（2020ZDLGY04-08、2020GXLH-Z-027）、寧波市自然科學基金項目（202003N4003）、中央高校基本科研業務費、西北工業大學翱翔海外學者等經費的支持。
作者團隊介紹：
西北工業大學黃維院士團隊王學文教授課題組專注于柔性傳感材料與器件相關研究，并探索其在特殊環境下的健康醫療、人機交互等戰略新興領域的應用。課題組瞄準解決柔性傳感器與特殊環境適應性的矛盾，圍繞“傳感材料與系統的柔性化策略及電子調控機制”開展相關研究工作，已在Science Advances、Advanced Materials、JACS等學術期刊發表研究論文70余篇，相關研究成果被《央視新聞》、《科技日報》、《中國科學報》、Materials Today、Phys.org等多個國內外媒體和網站報道。已申請PCT專利和中國發明專利20余項，獲授權中國發明專利10余項、獲授權歐洲專利、美國專利、澳大利亞專利、日本專利各一項。
