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A low-cost, printable, and stretchable strain sensor based on highly conductive elastic composites with tunable sensitivity for human motion monitoring 被引量:9
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作者 Yougen Hu Tao Zhao +4 位作者 Pengli Zhu Yuan Zhang Xianwen Liang Rong Sun Ching-Ping Wong 《Nano Research》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期1938-1955,共18页
Strain sensors with high stretchability, broad strain range, high sensitivity, and good reliability are desirable, owing to their promising applications in electronic skins and human motion monitoring systems. In this... Strain sensors with high stretchability, broad strain range, high sensitivity, and good reliability are desirable, owing to their promising applications in electronic skins and human motion monitoring systems. In this paper, we report a high- performance strain sensor based on printable and stretchable electrically con- ductive elastic composites. This strain sensor is fabricated by mixing silver-coated polystyrene spheres (PS@Ag) and liquid polydimethylsiloxane (PDMS) and screen-printed to a desirable geometry. The strain sensor exhibits fascinating comprehensive performances, including high electrical conductivity (1.65 × 104 S/m), large workable strain range (〉 80%), high sensitivity (gauge factor of 17.5 in strain of 0%-10%, 6.0 in strain of 10%-60% and 78.6 in strain of 60%-80%), inconspicuous resistance overshoot (〈 15%), good reproducibility and excellent long-term stability (1,750 h at 85℃/85% relative humidity) for PS@Ag/PDMS-60, which only contains - 36.7 wt.% of silver. Simultaneously, this strain sensor provides the advantages of low-cost, simple, and large-area scalable fabrication, as well as robust mechanical properties and versatility in applications. Based on these performance characteristics, its applications in flexible printed electrodes and monitoring vigorous human motions are demonstrated, revealing its tremendous potential for applications in flexible and wearable electronics. 展开更多
关键词 flexible strain sensor printable electronics human motion monitoring conductive elastic composites silver-coated polymer spheres
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导电复合水凝胶的分类及其在柔性可穿戴设备中的应用 被引量:5
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作者 江文静 廖静文 +1 位作者 张雪慧 王艳芹 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1879-1895,共17页
近年来,基于水凝胶的导电材料及其作为柔性可穿戴设备的应用引起了人们的广泛关注。柔性可穿戴设备不仅可以采集人体生理信号用于远程健康监测,还在人机界面、软机器人等方面展示出巨大的应用潜力。导电水凝胶所具有的良好导电性、高延... 近年来,基于水凝胶的导电材料及其作为柔性可穿戴设备的应用引起了人们的广泛关注。柔性可穿戴设备不仅可以采集人体生理信号用于远程健康监测,还在人机界面、软机器人等方面展示出巨大的应用潜力。导电水凝胶所具有的良好导电性、高延伸性、可调柔韧性、生物兼容性和多重刺激响应性等优点使其成为制备柔性可穿戴设备的理想材料。到目前为止,各种导电材料被广泛用于制作导电复合水凝胶。本文根据导电材料对导电复合水凝胶进行分类,包括离子导电水凝胶(基于盐离子、离子液体、聚电解质等导电物质)、电子导电水凝胶(基于导电聚合物基、碳材料、MXene和金属等导电物质)两大类,并介绍了导电水凝胶在人体运动监测、健康监测、人机界面等柔性可穿戴设备中的应用进展。 展开更多
关键词 水凝胶 导电 可穿戴设备 智能传感 人体运动监测
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基于硼酸酯动态共价键双网络水凝胶在柔性传感器中的应用研究 被引量:3
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作者 孙天琦 唐会程 +1 位作者 赵增典 宋沙沙 《化学与生物工程》 CAS 2023年第7期52-60,共9页
为了解决传统金属传感器机械柔性差和黏附性差的缺点,以海藻酸钠、硼砂和明胶为原料,采用一锅法制备了BSG双网络水凝胶,并对其流变学性能、机械性能、自愈合性能、黏附性能及电学性能等进行了评价。结果表明,BSG双网络水凝胶具有良好的... 为了解决传统金属传感器机械柔性差和黏附性差的缺点,以海藻酸钠、硼砂和明胶为原料,采用一锅法制备了BSG双网络水凝胶,并对其流变学性能、机械性能、自愈合性能、黏附性能及电学性能等进行了评价。结果表明,BSG双网络水凝胶具有良好的机械性能,其最高拉伸率为660%,最大拉伸强度为50.2 kPa,最大韧性(断裂能)为799 kJ·m^(-3);BSG双网络水凝胶能够牢固黏附在多种有机和无机基底材料(纸杯、金属、玻璃、木头、橡胶、陶瓷、塑料和猪皮)表面,其中,BSG双网络水凝胶对木头的黏附强度和剥离强度最优,分别为58.3 kPa和12.2 kPa;将BSG双网络水凝胶组装成应变传感器后,在较宽的应变范围(0~400%)内具有较高的传感灵敏度(GF=1.68)及循环稳定性;BSG双网络水凝胶传感器可以将形变转换为电信号,将其黏附于人体不同部位能够实时监测手指、手腕、肘部和膝盖关节的弯曲运动以及微笑、眨眼、吞咽和说话的细微生理活动。 展开更多
关键词 双网络水凝胶 自愈合性能 黏附性能 柔性传感器 人体监测
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用于接近-压力感知的全纸基智能传感器 被引量:1
4
作者 宋熠霖 胡志鹏 +5 位作者 李俊东 钟梓晗 赵鹏飞 周奎 韩素婷 周晔 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期667-676,共10页
近年来,伴随可穿戴电子设备与日俱增的需求,成本低廉、绿色环保、可批量生产的纸基传感器得以快速发展.然而,目前的纸基传感器仍有两大挑战亟待解决:(1)广泛使用金属电极,极大地削弱了纸的本征优势.(2)传感机理受限于单一触觉感知功能,... 近年来,伴随可穿戴电子设备与日俱增的需求,成本低廉、绿色环保、可批量生产的纸基传感器得以快速发展.然而,目前的纸基传感器仍有两大挑战亟待解决:(1)广泛使用金属电极,极大地削弱了纸的本征优势.(2)传感机理受限于单一触觉感知功能,难以满足多重刺激感知的需求.本文报道了一种基于聚吡咯(PPy)的电容-电阻双模式全纸基传感器.该器件能够感知接近和压力刺激,从而能够应用于人体运动的监测、接近物体的感知.此外,我们还借助该传感器实现了接触式和非接触式摩斯电码输入,并能实现两种模式下的准确区分.该接近-压力全纸基传感器结构简单,容易制造,在可穿戴设备和绿色电子等领域有着巨大潜力. 展开更多
关键词 纸基电子 聚吡咯 接近-压力传感器 可穿戴设备 人体运动监测
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可拉伸的黏附性导电水凝胶柔性应变传感器在人体运动监测中的应用研究
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作者 赵榕榕 赵军杰 宋沙沙 《化学与生物工程》 CAS 北大核心 2024年第8期25-31,共7页
针对传统应变传感器延展性能差、应变范围窄、与人体组织界面应力不匹配等问题,以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和透明质酸(HA)为凝胶骨架,以硼砂(borax)为交联剂,通过一锅法制备了可拉伸的黏附性导电水凝胶CBH,并评价了其机械性能、自愈合性... 针对传统应变传感器延展性能差、应变范围窄、与人体组织界面应力不匹配等问题,以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和透明质酸(HA)为凝胶骨架,以硼砂(borax)为交联剂,通过一锅法制备了可拉伸的黏附性导电水凝胶CBH,并评价了其机械性能、自愈合性能、黏附性能及应变传感性能。结果表明,在氢键和硼酸酯共价键柔性网络、CMC-Na和HA分子链刚性网络的协同作用下,CBH水凝胶呈现出良好的拉伸性(断裂伸长率1230%)、韧性、抗疲劳性和自愈合能力;由于CMC-Na和HA分子链上的羟基和羧基能与基底表面形成氢键、配位键等化学键,使得CBH水凝胶对木头、猪皮、橡胶、玻璃、塑料、金属、纸张、陶瓷等材料表面具有较强的黏附性能;在电场作用下自由离子在凝胶网络中自由迁移使得CBH水凝胶具有良好的导电性,且对应变具有较高的传感灵敏度和稳定性,将CBH水凝胶组装成柔性应变传感器后可以直接贴附于人体不同部位实现对人体大幅度的关节运动和细微的生理活动的实时监测。 展开更多
关键词 水凝胶 硼酸酯共价键 黏附性 柔性应变传感器 人体运动监测
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石墨烯/聚合物泡沫压阻式应变传感器研究进展 被引量:1
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作者 郑舒方 王玉印 +1 位作者 张泽楷 靳玉岭 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2597-2608,2730,共13页
基于石墨烯和聚合物的三维多孔结构的导电聚合物基复合材料(CPCs)具有轻量化、高灵敏度、宽应变检测范围、低成本和可扩展性等优点,已成为可穿戴柔性应变传感器的理想选择。首先,总结了柔性压阻式泡沫应变传感器的裂纹扩展机制、重叠-... 基于石墨烯和聚合物的三维多孔结构的导电聚合物基复合材料(CPCs)具有轻量化、高灵敏度、宽应变检测范围、低成本和可扩展性等优点,已成为可穿戴柔性应变传感器的理想选择。首先,总结了柔性压阻式泡沫应变传感器的裂纹扩展机制、重叠-断开机制和隧穿效应机制;其次,介绍了3种具有多孔结构的石墨烯/聚合物柔性应变传感器的构筑工艺,包括基于聚合物泡沫、基于石墨烯/聚合物混合分散液、基于石墨烯泡沫的方法;然后,综述了通过上述3种工艺制备的柔性多孔应变传感器的传感性能,并列举了其在人体运动监测领域中的应用实例;最后,对基于石墨烯和聚合物的柔性多孔应变传感器面临的挑战和发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 石墨烯 聚合物泡沫 应变传感器 传感机制 人体运动监测
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聚苯胺/聚(丙烯酰胺-丙烯酸)导电水凝胶基柔性应变传感器的制备 被引量:1
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作者 陈柏文 孙晓钰 +4 位作者 郭清淳 李桂珍 袁熙 侯文正 李晓 《胶体与聚合物》 CAS 2023年第3期118-121,共4页
本文采用聚(丙烯酰胺-丙烯酸)作为基底水凝胶,在经苯胺单面渗透后用Fe^(3+)氧化聚合得到PPCH水凝胶。主要考察了PPCH水凝胶的导电性、力学性能和应变传感性能,结果表明:在Fe^(3+)/An摩尔比为1.25、苯胺渗透5 min下得到的PPCH水凝胶,断... 本文采用聚(丙烯酰胺-丙烯酸)作为基底水凝胶,在经苯胺单面渗透后用Fe^(3+)氧化聚合得到PPCH水凝胶。主要考察了PPCH水凝胶的导电性、力学性能和应变传感性能,结果表明:在Fe^(3+)/An摩尔比为1.25、苯胺渗透5 min下得到的PPCH水凝胶,断裂应力和应变分别为180 kPa、553%,此时电导率为0.269 S/m;在0-400%应变范围内,PPCH水凝胶的灵敏度(GF)最高值为6.31;基于PPCH水凝胶的柔性应变传感器能够用于对人体运动的监测。 展开更多
关键词 水凝胶 聚苯胺 柔性应变传感器 人体运动监测
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超疏水柔性应变传感器在人体运动监测中的研究进展
8
作者 罗灵欢 林祥德 +2 位作者 姜佳怡 应娜 曾冬冬 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期3837-3851,共15页
柔性应变传感器是一种将外界应力变化转变为电信号的设备,它克服了传统刚性传感器硬度大、人体适应性差等缺点,作为一种可穿戴设备在人体运动监测领域有很大发展前景。但在恶劣条件或极端环境下使用仍然存在信号输出失真、易被腐蚀等风... 柔性应变传感器是一种将外界应力变化转变为电信号的设备,它克服了传统刚性传感器硬度大、人体适应性差等缺点,作为一种可穿戴设备在人体运动监测领域有很大发展前景。但在恶劣条件或极端环境下使用仍然存在信号输出失真、易被腐蚀等风险。超疏水柔性应变传感器将超疏水涂层的拒水、表面自清洁、防腐抗污与柔性应变传感器的高延展性、高灵敏度等优势相结合,增强了传感器的性能并拓宽了在人体运动监测等方面的应用。本文综述了超疏水柔性应变传感器的基本性能参数、常用的构建材料与构建方法及其在人体运动监测中的功能与应用,并对该领域做出展望。 展开更多
关键词 超疏水 柔性应变传感器 人体运动监测 水下监测 可穿戴
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柔性可穿戴应变传感器在人体运动监测中的应用研究 被引量:4
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作者 刘海英 陈宇 《粘接》 CAS 2020年第7期142-145,153,共5页
随着现在社会的快速发展,人们也慢慢的步入信息化时代,如当今的大数据、云数据、万物互联的物联网、5G通讯等一些高新技术,这也使得时代信息的应用需求越来越强,在对测量信息的范围、精度和稳定情况各项性能的参数的期望值和理想化也逐... 随着现在社会的快速发展,人们也慢慢的步入信息化时代,如当今的大数据、云数据、万物互联的物联网、5G通讯等一些高新技术,这也使得时代信息的应用需求越来越强,在对测量信息的范围、精度和稳定情况各项性能的参数的期望值和理想化也逐步提升,特别是在一些恶劣环境中对气体、压力、湿度的需求量尤为突出,就我们普通的传感器已不能满足这些需求,主要是新材料、新工艺和研发的时候和一些交叉学科进行整合的时候的就会产生很多层出不穷,伴随着柔性材料的迅速发展,因它具有透明、柔韧、延展、可弯曲和折叠、方便携带和可穿戴的特性柔性传感器在医疗器械和健身运动等领域的潜力都备受人们的关注。 展开更多
关键词 柔性 应变传感器 人体运动监测
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石墨烯柔性导电针织物双向传感性能 被引量:1
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作者 邵怡沁 魏佳博 +2 位作者 宋倩倩 王晓涵 江静怡 《纺织高校基础科学学报》 CAS 2022年第4期61-67,共7页
为研究针织物基传感器的传感性能及其双向循环拉伸载荷下的电学性能,进一步探索其在人体运动监测等方面的应用,通过喷涂法制备石墨烯涂层织物传感器,然后利用扫描电子显微镜、电子织物强力仪等测试了传感织物的表观结构及其基本力学性... 为研究针织物基传感器的传感性能及其双向循环拉伸载荷下的电学性能,进一步探索其在人体运动监测等方面的应用,通过喷涂法制备石墨烯涂层织物传感器,然后利用扫描电子显微镜、电子织物强力仪等测试了传感织物的表观结构及其基本力学性能。对单次及循环拉伸载荷下的应变-电阻效应进行表征,并基于所构筑的纬平针织传感器结构模型,建立等效电阻模型。结果表明:所制备的针织物基传感器力学性能良好,经纬向传感性能优异,且纬向传感系数可达14.4,线性度均大于0.9,在连续测量下,传感器的电阻周期变化及波动幅度与人体关节的运动频率、运动幅度能够相互契合,电阻变化曲线清晰,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 柔性应变传感器 针织物 石墨烯 电阻模型 人体运动监测
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双网络互穿结构导电水凝胶的构建及其应变传感性能
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作者 张诗苑 汪伟 《化工技术与开发》 CAS 2020年第9期11-16,共6页
通过热引发自由基聚合反应和高分子间的氢键作用,制备了化学交联网络结构和物理交联网络结构相互穿插的双网络互穿结构聚丙烯酰胺/聚乙烯醇(PAM/PVA)导电水凝胶,其具有优良的拉伸性能和应变传感性能。相比于仅具有化学交联网络结构的聚... 通过热引发自由基聚合反应和高分子间的氢键作用,制备了化学交联网络结构和物理交联网络结构相互穿插的双网络互穿结构聚丙烯酰胺/聚乙烯醇(PAM/PVA)导电水凝胶,其具有优良的拉伸性能和应变传感性能。相比于仅具有化学交联网络结构的聚丙烯酰胺水凝胶,该双网络互穿结构PAM/PVA导电水凝胶的力学性能得到明显提升,其断裂伸长率和拉伸断裂应力分别升高至577%和517k Pa。同时,该PAM/PVA导电水凝胶的应变传感检测范围宽,灵敏度高,能快速、重复、稳定地检测人体不同部位的弯曲和伸展运动,展现出良好的人体运动实时监测性能。 展开更多
关键词 双网络互穿结构 导电水凝胶 应变传感 人体运动检测
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基于TM-Net网络估计的三维人体姿态运动监测算法
12
作者 郭意凡 陈钲方 +2 位作者 张路 王健 汪洋继鸿 《南通职业大学学报》 2024年第1期81-86,共6页
针对三维人体姿态估计的便捷性与准确性提升需求,提出一种基于TM-Net网络估计算法。该算法以MediaPipe为中心,融合帧率计算、动作检测、动作计数和真实坐标解析等多功能模块,实现对人体运动的精准检测与计数。针对公共数据集LSP(Leeds S... 针对三维人体姿态估计的便捷性与准确性提升需求,提出一种基于TM-Net网络估计算法。该算法以MediaPipe为中心,融合帧率计算、动作检测、动作计数和真实坐标解析等多功能模块,实现对人体运动的精准检测与计数。针对公共数据集LSP(Leeds Sports Pose)和自建校园健身房运动数据集使用关键点的正确性概率(Probability of Correct Keypoint,PCK)、关节位置误差平均值(Mean Per Joint Position Error,MPJPE)和普罗克鲁斯对齐后的平均关节位置误差(Procrustes-Aligned Mean Per Joint Position Error,PA-MPJPE)等指标对该算法进行评估,并与目前先进的TP-3D网络估计算法进行对比。结果表明,TM-Net具有更高的准确率。此外,以开合跳为例进行消融实验,结果表明,TM-Net具有更强的泛化能力,能适应不同个体及拍摄角度的变化,满足了运动监测的实际需求。 展开更多
关键词 三维人体姿态估计 TM-Net网络 MediaPipe LSP数据集 运动监测
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