可穿戴器件周刊 | 可穿戴设备、柔性器件、传感器、电子皮肤等一周成果精选(第3期)
奇物论 2020-03-26
柔性可穿戴电子器件、传感器、软体机器人和人工智能,因为其应用性广、实用性强,逐渐在日常生活中崭露头角,同时也成为科学界和工业界共同青睐的新兴领域。此外,因为现代人们对于健康生活日益增长的需求,可穿戴电子器件、柔性电子科技等研究在生命健康领域颇受欢迎,如,智能手表,运动手环,心脏起搏器等等,已经成为监护身体健康生物信号的重要护航者,具有非常广阔的产业前景。

为此,奇物论编辑部对该领域的研究也进行特别关注,并对上周相关研究进行归纳总结,以供科研界和产业界相互交流,促进科技发展!
上周中,总共收集8篇关于可穿戴设备、柔性器件、传感器、电子皮肤等等相关研究进展,重点推荐的是来自南京工业大学黄维院士等人的关于利用鱼鳞制备的柔性电致发光器件,更低耗的植入器件以及VR改善眼睛斜视问题。

1. 黄维院士等ACS Nano:绿色可持续!鱼鳞用于柔性电致发光器件

2. Nature Materials:更快、更稳、更低耗的体内植入器件

3. Science子刊:VR可穿戴器件治疗眼睛斜视和会聚不足


1. ACS Nano:绿色可持续!鱼鳞用于柔性电致发光器件

在过去的几十年里,各种交流电致发光(ACEL)器件,特别是柔性ACEL器件已经被开发出来,并应用于平板显示、大规模装饰、标识显示照明、光信号等。ACEL器件通常使用透明塑料作为基板,但透明塑料不能降解,会造成严重的环境污染。有鉴于此,南京工业大学黄维院士、刘举庆和于海东等研究人员,开发了一种基于透明鱼胶(FG)薄膜的柔性瞬态ACEL器件。

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XiaopanZhang, et al. Sustainable and Transparent Fish Gelatin Films for FlexibleElectroluminescent Devices. ACS Nano, 2020.

DOI:10.1021/acsnano.9b09880

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b09880

 

2. Nature Materials:更快、更稳、更低耗的体内植入器件

生物电子器件必须快速、灵敏,才能与神经组织产生的快速、低振幅信号相互作用。它们还应具有生物相容性和柔软性,并应在生理环境中表现出长期稳定性。于此,哥伦比亚大学Dion Khodagholy和Jennifer N. Gelinas等人基于可逆氧化还原反应和导电聚合物通道内的水合离子库,开发了一种增强模式的内部离子门控有机电化学晶体管(e-IGT),可实现长期稳定运行并缩短离子传输时间。

 

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Cea, C., et al. Enhancement-mode ion-based transistor as acomprehensive interface and real-time processing unit for in vivoelectrophysiology. Nat. Mater. (2020).

https://doi.org/10.1038/s41563-020-0638-3

 

3. Science子刊:VR可穿戴器件治疗眼睛斜视和会聚不足

在智能手机时代,随着越来越多的人长时间在近距离使用电子设备,眼部疾病正以越来越快的速度影响着我们。在年轻用户中,这个问题尤为重要,因为他们在很小的年龄就开始过度使用智能设备,从而导致斜视或会聚不足。

 

电子封装和图像处理技术的最新进展为基于光学的便携式眼动追踪方法打开了可能性,但是技术和安全障碍限制了面向可穿戴应用的安全实现。于此,乔治亚理工学院Woon-Hong Yeo等人介绍了一种完全可穿戴的无线软电子系统,该系统通过整合皮肤的传感器和虚拟现实(VR)系统,提供了便携式,高度灵敏的眼睛运动(聚散度)跟踪。


这也是第一项使用可穿戴软电子设备的眼部聚散度研究,并结合VR环境对眼部疾病的便携式治疗方法进行了散度分类。


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MishraS, et al. Soft, wireless periocular wearable electronics for real-timedetection of eye vergence in a virtual reality toward mobile eye therapies.Science Advances. 2020;6(11):eaay1729.

https://doi.org/10.1126/sciadv.aay1729

 

4. Adv. Sci.: 金属有机框架助力透明电子监测器

复旦大学孙正宗武汉大学邓鹤翔合作报道了通过外延生长法在单层石墨烯(single-layergraphene)材料表面上生长MOF材料,并测试了这种材料在监测NH3中的应用。

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Jie Wu, et al., Metal–OrganicFramework for Transparent Electronics,Adv. Sci. 2020,1903003,DOI: 10.1002/advs.201903003

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201903003

 

5. Adv. Sci.:透光率从0到94.8%,高透明柔性电子压力传感器

人机界面、智能眼镜、触摸屏和一些电子皮肤需要高度透明和灵活的压力传感元件。柔性压力传感器通常采用微结构或多孔活性材料来提高其灵敏度和响应速度。然而,微结构或小孔将导致器件的高雾度和低透明度,因此在柔性压力传感器或电子皮肤中同时平衡灵敏度和透明度是具有挑战性的。

 

有鉴于此,南方科技大学Chuan Fei Guo、王泉、张进等研究人员,对于由夹在两个透明电极之间的多孔聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜组成的电容型传感器,通过在孔隙中填充与PVDF具有相同折射率的离子液体来解决挑战。

 

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QingxianLiu, et al. Highly Transparent and Flexible Iontronic Pressure Sensors Based onan Opaque to Transparent Transition. Advanced Science, 2020.
DOI:10.1002/advs.202000348
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202000348
 

6. Nano Energy:核壳纳米纤维用于自供电生理监护

基于压电的可穿戴电子设备在人体生理监测、疾病预测、诊断和康复方面具有潜在的应用前景。然而,要同时实现良好的兼容性和对复杂微妙的生理信号的精确监测仍然是一个巨大的挑战。有鉴于此,西南交通大学杨维清、邓维礼等研究人员,通过在电纺PVDF纳米纤维表面外延生长ZnO纳米棒(NRs)制备了三维层次化互锁PVDF/ZnO纳米纤维压电传感器,使得基于纤维的生理监测电子器件具有良好的柔韧性和高透气性。


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Tao Yang, et al. Hierarchically StructuredPVDF/ZnO Core-shell Nanofibers for Self-powered Physiological MonitoringElectronics. Nano Energy, 2020.

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104706

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520302639


7. ACS AMI:多功能的交织导电网络柔性Mxene织物

尽管柔性和多功能的纺织品电子产品在可穿戴设备方面前景看好,但在不牺牲纺织品固有的柔韧性和透气性的情况下,将优异的导电性无缝地集成到纺织品中仍然是一个挑战。有鉴于此,青岛大学曲丽君、Xiansheng Zhang等研究人员,制备了垂直互连的导电网络,是基于经纬纱交织的机织棉织物的网状模板构建的。
 

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Xiansheng Zhang, et al. FlexibleMXene-Decorated Fabric with Interwoven Conductive Networks for Integrated JouleHeating, Electromagnetic Interference Shielding, and Strain SensingPerformances. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020.
DOI:10.1021/acsami.0c01182
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c01182
 

8. ACS AMI:鳍状柔性双面电子皮肤新进展

柔性压力传感是被测物体在潜在应用中具有优良的传感性能和灵巧的操作能力所必需的。特别是,实时测量和辨别力的方向、接触面和接触位置的能力对于具有触觉反馈的机器人至关重要。有鉴于此,复旦大学卢红亮和中国科学院上海硅酸盐研究所王家成等研究人员,采用化学气相沉积法制备了三维弹性多孔碳纳米管(CNT)海绵,并将其成功应用于压阻式传感器。
 

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Xue-Feng Zhao, et al. Ultrahigh-SensitiveFinlike Double-Sided E-Skin for Force Direction Detection. ACS AppliedMaterials & Interfaces, 2020.
DOI:10.1021/acsami.9b23110
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b23110

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