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  隨著人們對(duì)健康意識(shí)的日益增強(qiáng)，可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備的需求日益增長。然而，傳統(tǒng)的傳感器往往存在透氣性差、易滋生細(xì)菌等問題，長時(shí)間佩戴會(huì)導(dǎo)致皮膚不適甚至感染。因此，開發(fā)一種既舒適又高效的傳感器成為了科研人員面臨的重大挑戰(zhàn)。

  該傳感器設(shè)計(jì)靈感源于天然冰草和章魚的特性，冰草葉子上存儲(chǔ)水和鈉鹽的冰晶結(jié)構(gòu)啟發(fā)了研究人員在納米纖維上生長 ZIF-67 納米顆粒以實(shí)現(xiàn)抗菌，并噴涂 STA 納米片賦予傳感器超疏水性能（圖1）；章魚腿上的多面微球結(jié)構(gòu)則促使研究人員制備出雙面微結(jié)構(gòu)離子電解質(zhì)，使傳感器具備超高靈敏度響應(yīng)和寬檢測范圍。在性能方面，該傳感器表現(xiàn)卓越。靈敏度高達(dá)751.57kPa^-1，檢測范圍約為 84 kPa（圖2），且耐久性優(yōu)異。傳感器內(nèi)部的微孔提供了良好的透氣性，空氣滲透率約為350 mm/s，能有效保持皮膚干爽舒適。外部的 STA 納米片使其具有出色的疏水性，接觸角約為 164.2°，無論是水、啤酒、人工汗液還是其他常見液體滴在其表面，都能迅速滾落，不易滲透（圖3）。在抗菌性能上，通過將 Ag NWs 摻入 ZIF-67，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌展現(xiàn)出顯著的抑制作用，有效保障了長期使用的衛(wèi)生安全（圖4）。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)通過一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器進(jìn)行了全面表征。在傳感機(jī)制研究中，基于離子電容模型解釋了其工作原理，通過有限元方法模擬應(yīng)力分布，揭示了雙面微球結(jié)構(gòu)對(duì)提高傳感器靈敏度的關(guān)鍵作用。在實(shí)際應(yīng)用測試中，傳感器能夠準(zhǔn)確監(jiān)測人體脈搏信號(hào)，即使在模擬出汗的情況下，也能清晰捕捉到脈搏的三個(gè)特征峰（P、T、D）和頻率，同時(shí)對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)如手指和肘部彎曲也能精準(zhǔn)響應(yīng)。此外，利用 4×4 傳感陣列和深度學(xué)習(xí)算法，傳感器可識(shí)別放置在其表面物體的壓力分布，對(duì)乒乓球、膠帶、時(shí)鐘等物體的分類平均準(zhǔn)確率高達(dá) 99.4%（圖5）。這項(xiàng)研究成果在健康監(jiān)測和機(jī)器人觸覺傳感領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，為未來可穿戴設(shè)備的發(fā)展提供了新的方向和思路，有望讓電子皮膚在實(shí)際應(yīng)用中更加舒適、可靠，進(jìn)一步推動(dòng)智能健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。

  原文信息

  Guifen Sun, Zhendong Sun, Peng Wang, Zhengyan Zhang, Chuizhou Meng, Shijie Guo, Yang Li. Breathable, hydrophobic and antibacterial bioinspired fabric pressure sensors for comfortable skin-mountable health monitoring. Chemical Engineering Journal, 2025.

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725006072

作者介紹

王鵬：濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教師，碩士生導(dǎo)師，校聘青年英才崗，研究方向?yàn)槿嵝詡鞲衅鳎攸c(diǎn)突破柔性傳感在實(shí)用化過程中遇到的傳感材質(zhì)柔彈性差、傳感器件靈敏度低和可穿戴性差等瓶頸問題，并取得了一定的研究成果與獎(jiǎng)勵(lì)。以第一作者/通訊作者在領(lǐng)域國內(nèi)外重要期刊Nano Micro Letters、InfoMat、Advanced Fiber Materials、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Advanced Electronic Materials、Advanced Materials Interfaces、Nanoscale等發(fā)表論文29篇，包括14篇中科院一區(qū)Top期刊，2篇ESI前1%高被引論文；申請(qǐng)發(fā)明專利12項(xiàng)，授權(quán)4項(xiàng)；獲得天津市創(chuàng)新獎(jiǎng)學(xué)金1次（2022年），天津市王克昌文化科技獎(jiǎng)學(xué)金1次，博士研究生國家獎(jiǎng)學(xué)金2次（2021年與2022年）；河北省優(yōu)秀研究生畢業(yè)生1次（2023年），河北工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀博士論文（2024年），河北工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)之星1次（2022年）；多次參加學(xué)術(shù)會(huì)議并做分會(huì)場報(bào)告。個(gè)人主頁：https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.

張爭艷：河北工業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、元光學(xué)者，獲人社部高層次人才資助、河北省第三批青年拔尖人才、河北省“三三三人次工程”人才、天津市原131創(chuàng)新型人才、天津市優(yōu)秀科技特派員，第十二屆校優(yōu)秀教師、校優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人。獲河北省2023年度科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（第一）、河北省第七屆教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，主持國家基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等國家級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目6項(xiàng)、企業(yè)委托課題5項(xiàng)，發(fā)表SCI高水平論文20余篇，授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。任河北省增材制造學(xué)會(huì)常務(wù)理事、全國高校機(jī)械制造教學(xué)研究會(huì)常務(wù)理事、全國高等學(xué)校制造自動(dòng)化研究會(huì)理事、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)分會(huì)青年委員、《天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)》編委、《Additive Manufacturing Frontiers 》期刊青年編委、《機(jī)械設(shè)計(jì)》期刊青年編委。

孟垂舟：河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院特聘教授，博士生導(dǎo)師。國家海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃青年特聘專家、河北省海外高層次青年人才、河北省僑聯(lián)僑界專家委員會(huì)委員。清華大學(xué)物理學(xué)學(xué)士、博士學(xué)位，曾任職美國普渡大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系博士后研究員、美國IBM半導(dǎo)體研發(fā)中心高級(jí)工程師、新奧集團(tuán)能源研究院石墨烯/儲(chǔ)能/能源新材料等技術(shù)中心主任。長期從事新型納米材料和高分子彈性體的制備研究，以及其在能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)傳感、柔性電子皮膚、可穿戴健康設(shè)備、和健康護(hù)理裝備上的應(yīng)用開發(fā)。

李陽：山東大學(xué)集成電路學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，IEEE高級(jí)會(huì)員，科技部中韓青年科學(xué)家、山東省泰山學(xué)者青年專家、山東省高校集成電路創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人、山東省優(yōu)青、山東省青年科技人才托舉工程入選者、齊魯青年學(xué)者，主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部項(xiàng)目、山東省優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等省部級(jí)以上項(xiàng)目10余項(xiàng)。主要研究領(lǐng)域：新一代半導(dǎo)體材料與器件；“傳感存算一體化”芯片系統(tǒng)。已累計(jì)發(fā)表SCI檢索論文100余篇，其中以第一作者/通訊作者在Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、IEEE Trans. Electron, Dev. 等領(lǐng)域內(nèi)頂尖期刊上發(fā)表中科院一區(qū)文章45篇，包含封面文章10篇，授權(quán)國家發(fā)明專利15項(xiàng)，韓國發(fā)明專利11項(xiàng)。