用于检测应变、温度和湿度的可拉伸透明多模式电子皮肤传感器

原文作者：Liangren Chen，Xiaohua Chang，Han Wang，Jianwen Chen，YutianZhu

杭州师范大学材料化学与化工学院有机硅化学与材料技术教育部重点实验室中华人民共和国浙江杭州311121大学

摘要：智能电子皮肤（e-skins）因其在健康监测、人机交互和软机器人方面的潜力而受到广泛关注。在此，通过简单的原位还原和溶剂浇铸技术开发了由聚乙烯醇（PVA）、柠檬酸（CA）和银纳米粒子（AgNPs）组成的可拉伸透明多模态电子皮肤传感器，该传感器具有多重传感功能应变、温度和湿度方面的能力。尽管利用不透明的 AgNPs 作为传感元件，所制备的 PVA/CA/AgNPs 传感器不仅表现出超高的拉伸性（高达 596% 的应变），而且由于均匀分散而具有出色的透明度（透射率 gt; 89%）PVA 基质中 CA 和 AgNPs 的含量。作为柔性应变传感器，该传感器具有宽应变传感范围（1-200%）、快速响应（90 ms）和出色的输出信号线性（相关系数：0.998）。此外，高精度的热感应（0.1 ℃）和出色的温度灵敏度（30-40 ℃范围内为-0.076/℃）使传感器可以检测到细微的温度变化。此外，PVA和CA良好的吸湿性赋予了所制造的传感器出色的湿度传感性能，可以实时提供人体皮肤水分信息。更重要的是，所设计的传感器具有出色的可回收性，可以通过以下方式多次重复使用简单的溶解-整形处理，可以减少电子浪费。

关键词：灵活的多模式传感器；应变传感器；温度感应器；湿度传感器；电子皮肤

1.介绍

皮肤是人体最大的器官，它不仅保护着内部组织和器官，而且在我们对外部环境的感知中起着至关重要的作用[1]、[2]、[3]ensp;。开发可以模仿天然皮肤特征和功能的电子皮肤（e-skins），通过将这些刺激实时转换为可视化的电子信号来监测各种环境刺激，包括压力、湿度、温度、触觉和振动。 4]、[5]、[6] ，它们在智能机器人技术中显示出巨大的前景 [7]、[8]、[9], 人机界面[10] , [11] , [12]和健康监测[13] , [14] , [15] , [16]ensp;。到目前为止，大多数电子皮肤是柔性应变传感器和压力传感器，它们只能检测应变刺激[17]、[18]、[19]或压力刺激[20]、[21]、[22 ]、[23]、[24]ensp;。然而，人体皮肤不仅能感知机械变形还有其他环境刺激，如温度和湿度[25]、[26]、[27]ensp;。作为电子皮肤的重要功能之一，温度感应能力可以提供预警，避免高温损坏的风险。另一方面，湿度监测在我们的日常生活中也很重要，它关系到生活环境、医疗设施和身体健康。要将这些多种传感功能集成到一个电气设备中，最常见的策略是通过逐层技术将不同功能的传感器（如应变传感器、温度传感器、压力传感器和湿度传感器）组装在一起，形成多传感系统

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