返回顶部
返回首页
返回首页
清华大学任天令《ACS Nano》:一种可用于健康监测的多功能石墨烯基可穿戴纺织品,中国塑料网,vlevle.com
home 您现在的位置: 首页 >仪器设备 > 详细信息
清华大学任天令《ACS Nano》:一种可用于健康监测的多功能石墨烯基可穿戴纺织品
2021年11月09日    阅读量:     新闻来源:中国塑料网 vlevle.com  |  投稿

近年来,可穿戴电子设备和系统的兴起以革命性的方式推动了健康监测的发展。其中,可穿戴纺织设备因其在传感或信号转换的实用性和方便性而备受关注。一些应变或压力传感器与纺织品结合,可监测人体生理或运动信号,并用于健康监测中国塑料网vlevle.com。然而,传统的纺织设备通常功能单一,传感器与执行器分离,用户只能通过电脑或手机等设备获得反馈。此外,可穿戴纺织设备具有不兼容的特性,难以满足工业批量制备的需求。因此,理想的兼容和多功能集成柔性纺织设备和系统应该不仅能够感知机械或生理电信号,还能直接向用户提供反馈。

基于此,来自清华大学的任天令教授等设计了一种基于激光划线和热转移技术批量制备的石墨烯基可穿戴纺织品。它具有人体运动监测、生理信号检测以及警报声音发射等功能,可用作健康状况的反馈执行器。这种基于石墨烯的设备可以使用热转移制造工艺牢固地附着在纺织品上,并且成本低、省时且与工业兼容。此外,该纺织品在应变和压力测试下具有非常高的线性度,其对于可靠和准确的数据分析至关重要。相关研究以题为“Graphene-Based Multifunctional Textile for Sensing and Actuating”发表在《ACS NANO》上。

清华大学任天令《ACS Nano》:一种可用于健康监测的多功能石墨烯基可穿戴纺织品 中国塑料网,vlevle.com

图1. 用于传感和驱动的基于石墨烯的多功能纺织品

【石墨烯基纺织品的制备】

石墨烯基纺织品(GT)的详细制造过程如下图所示。它包括氧化石墨烯 (GO) 滴铸、激光划线、GO去除和热转移过程。激光划线工艺可以快速生成定制图案,并进一步与热转印工艺相结合,从而实现快速、方便且与制造工艺兼容的可穿戴设备制造。

清华大学任天令《ACS Nano》:一种可用于健康监测的多功能石墨烯基可穿戴纺织品 中国塑料网,vlevle.com

图2. GT 的制造过程和特性示意图

【GT的机电特性】

作者对GT 在用作拉伸应变传感器时的性能进行了测试表征。结果表明,GT 在应变和压力传感方面都具有高线性度;决定系数分别超过99.3%和98.2%。该设备的性能在高达 1000 kPa 的压力下仍保持稳定。在 4.2 Pa 压力下,GT 拥有的响应时间低至 85 毫秒。作者设计的GT作为压力传感器具有良好的机电特性,如线性度好、耐压高、响应速度快、拥有独立频率特性、耐用性良好,这拓展了二维材料在压力传感器中的应用前景。

清华大学任天令《ACS Nano》:一种可用于健康监测的多功能石墨烯基可穿戴纺织品 中国塑料网,vlevle.com

图3. GT用作应变传感器或压力传感器时的机械性能测试

【GT的发声性能】

当用作执行器时,集成到纺织品中的声音发射器可以为健康监测或娱乐产生特定的声音。然而,传统的扬声器采用动圈式结构,其中大体积的磁铁不适合在纺织品上集成和小型化。在本文中,基于石墨烯的热声效应,GT还可以作为声源。当施加交流电压信号时,石墨烯会产生周期性热量,然后传递到空气中,导致空气周期性膨胀和压缩,从而产生声音。如下图,GT和麦克风之间的距离为 1 cm,石墨烯位于纺织品和热转印膜层的中间时,可以向上和向下发出声音。作者并据此装置研究了其发声性能。


【GT对于人体健康的检测】

作者将GT分布在手腕、腹部、胸部和其他位置,用于检测人体运动、心电信号,并同时产生声音,以监测人体健康状况并给予反馈。GT在微控制器单元 (MCU) 中处理、分析捕获的心电图(ECG)信号和运动信号,最后,在智能手机或计算机上显示结果。如果发热速率、呼吸速率或运动频率异常,纺织品上的传感器将被触发,发出警告声音作为健康警报。


【小结】

作者通过激光划线和热转移过程,设计了一种基于石墨烯的可穿戴纺织品,其集应变传感、压力传感、生理电传感、发声四大功能于一体。当用户处于异常身体状态时,GT能够检测人体信号并将其转换为声音信号。此外,GT 在应变和压力传感方面都具有高线性度;决定系数分别超过99.3%和98.2%。该设备的性能在高达 1000 kPa 的压力下仍保持稳定。在 4.2 Pa 压力下,GT 拥有的响应时间低至 85 毫秒。因此, GT有望应用到健康监测、运动监测等领域。


标签:纺织化纤化工应用化工原料技术中心今日头条石墨烯仪器设备
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国塑料网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
中国塑料网手机站MOBILE
扫描二维码,获取手机版最新资讯 公众号:中国塑料网 您还可以直接微信扫描打开
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识