西工大新聞網(wǎng)4月27日電（高久偉）柔性可穿戴電子系統(tǒng)作為新型的便攜式電子設(shè)備，在人機交互、狀態(tài)監(jiān)測、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。性能優(yōu)越的可穿戴電子系統(tǒng)通常需要堅韌的材料來保證其耐用性和穩(wěn)定性。由于纖維狀的電子材料更易于集成到可穿戴設(shè)備中，且具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)靈活性，從而成為可穿戴電子系統(tǒng)中必不可少的基本組件。然而，制備兼具較高機械強度和優(yōu)異拉伸性能的纖維材料仍然極具挑戰(zhàn)。

圖1 超強可拉伸纖維應(yīng)變傳感器

西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團隊王學(xué)文教授課題組與北京理工大學(xué)教授宋維濤合作，報道了一種可用于人體健康監(jiān)測的柔性纖維應(yīng)變傳感器( Adv. Mater. 2022, 2107511)。在這項工作中，研發(fā)團隊巧妙地利用外層與內(nèi)芯力學(xué)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(dǎo)電纖維傳感器的內(nèi)芯，極大的增強了纖維應(yīng)變傳感器的力學(xué)性能，實現(xiàn)了同時具備高力學(xué)強度和優(yōu)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(shù)實現(xiàn)了不同直徑纖維傳感器的可控制備，并通過微纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及封裝層的共同作用，極大的降低了纖維傳感器的恢復(fù)遲滯性。

新型纖維應(yīng)變傳感器同時具有優(yōu)異的應(yīng)變范圍（~700%）和較高的拉伸強度（~17.6 MPa）。在應(yīng)變檢測中表現(xiàn)出高靈敏度和超高的應(yīng)變分辨率（0.0075%），且可實現(xiàn)對0-40Hz低頻振動信號的精準監(jiān)測。研發(fā)團隊將高性能纖維應(yīng)變傳感器植入到衣服中，研制了柔性可穿戴智能健康監(jiān)測系統(tǒng)，該智能電子服裝可實現(xiàn)對身體震顫、脈搏、呼吸、手勢及6種人體運動姿態(tài)的實時監(jiān)測。該成果將有助于推動健康評估與疾病診斷技術(shù)向智能化、高效化、精準化等方向發(fā)展，為改進和提升醫(yī)療信息傳遞、處理的效率和質(zhì)量提供新的思路，促進遠程醫(yī)療、“無人”醫(yī)療、智慧醫(yī)療等變革性醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，為智能時代的實現(xiàn)提供重要的技術(shù)儲備。

圖2 超強可拉伸纖維應(yīng)變傳感器性能表征及人體健康監(jiān)測應(yīng)用

圖3 纖維進行超過700%的拉伸

圖4 脈搏波監(jiān)測

圖5 跑步狀態(tài)監(jiān)測

上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2020YFB2008501）、國家自然科學(xué)基金（11904289，61960206007）、陜西省自然科學(xué)基金（2019JQ-613）、陜西省重點研發(fā)計劃項目（2020ZDLGY04-08、2020GXLH-Z-027）、寧波市自然科學(xué)基金項目（202003N4003）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費、西北工業(yè)大學(xué)翱翔海外學(xué)者等經(jīng)費的支持。

作者團隊介紹：

西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團隊王學(xué)文教授課題組專注于柔性傳感材料與器件相關(guān)研究，并探索其在特殊環(huán)境下的健康醫(yī)療、人機交互等戰(zhàn)略新興領(lǐng)域的應(yīng)用。課題組瞄準解決柔性傳感器與特殊環(huán)境適應(yīng)性的矛盾，圍繞“傳感材料與系統(tǒng)的柔性化策略及電子調(diào)控機制”開展相關(guān)研究工作，已在Science Advances、Advanced Materials、JACS等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文70余篇，相關(guān)研究成果被《央視新聞》、《科技日報》、《中國科學(xué)報》、Materials Today、Phys.org等多個國內(nèi)外媒體和網(wǎng)站報道。已申請PCT專利和中國發(fā)明專利20余項，獲授權(quán)中國發(fā)明專利10余項、獲授權(quán)歐洲專利、美國專利、澳大利亞專利、日本專利各一項。