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人体余热发电将走进您的生活——研究开发新型可穿戴智能传感器

来源: 时间:2021-07-15

  可穿戴柔性传感器以人为本,可以系统而有效地监测人体身体健康状态、人体运动模式等预防疾病。不同于传统的刚性传感器,可穿戴智能传感器除了必须满足高灵敏度及耐疲劳的要求之外,还需要具有大变形、可拉伸甚至是自供能的特性。基于人体健康以及运动状态实时监测的目的,如何有效地实现信号采集及信号传感,如何有效地将人体自身的能量直接转换为电能并走进人们的生活及国防科技将是新一代智能传感器所面临的难题。具有离子导电特性的独特设计的水凝胶传感器结合了热电电压和离子导电水凝胶灵敏度的优点,适用于自供电的穿戴式应变传感器,受到了跨学科领域的越来越大的兴趣。

  省科学院化工研究所曾炜研究员团队近期开发了一种具有大变形、高灵敏以及自供能功能的可穿戴智能传感器,其拥有2800%的断裂伸长率以及优异的灵敏度(应变=200%时应变灵敏度系数为4),在1300次循环下依然能保持稳定的传感性能。同时该传感器材料还具有优良的热电转换性能,基于离子在温度梯度场中迁移的索瑞(Soret)效应,通过精密的材料结构设计以实现阴阳离子在温度场中选择性迁移来达到将环境或者人体的热能转换为电能的目的,解决了以往离子导电型水凝胶传感器缺乏自供电能力的问题。该材料具有高达11.5mV/ K的塞贝克系数,可实现在40℃温差下具有94.38 mW/m2最大输出功率密度及优良的热电转换效率,其热电优值达到0.087。该自供能传感器同时还能实现包括手指、手腕、膝盖弯曲甚至人体发声等多种运动形态的监测,并表现出极高的可重复性以及灵敏性,有望在智能医疗、可穿戴电子器件、国防科技等等领域实现应用。

  相关研究成果已发表在国际顶级能源期刊Nano Energy上。项目研究也得到国家自然科学基金面上项目、新拉斯维加斯棋牌网建设国内一流研究机构行动专项资金的联合资助。

  可用于人体健康监测的可穿戴式自供能智能传感器

  论文信息:Chen, J., Zhang, L., Tu, Y., Zhang, Q., Peng, F., Zeng, W., ... & Tao, X. (2021). Wearable self-powered human motion sensors based on highly stretchable quasi-solid state hydrogel. Nano Energy, 106272.

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106272

  (省科学院化工研究所 曾炜/供稿)

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