智能可穿戴材料创新不止

点击数:219 发布时间:2023-12-04

智能可穿戴材料作为一种前瞻性、颠覆性、智能化的新型材料,正在不断赋能新型可穿戴设备加速升级迭代,助推着医用新材料、人机交互等技术持续突破。日前,2023年智能可穿戴材料前沿论坛在上海举行,论坛由上海应用技术大学主办,上海市新材料协会协办。来自国内外专家学者齐聚一堂,聚焦智能可穿戴材料研究与应用所面临的创新型发展的热点问题,共探材料行业未来。


在柔性电子器件的制备过程中,材料选择是关键因素之一。不同的材料具有不同的电学、机械和光学性质,因此对器件的性能有着重要的影响。


智能可穿戴


材料必须具有足够的柔性性能,以确保在器件弯曲和扭曲时不出现断裂或损坏。材料应具有适当的电导率、载流子迁移率和能带结构,以满足柔性电子器件的工作要求。材料必须与其他器件组件和基底材料相兼容,以确保器件的稳定性和可靠性。


制备柔性电子器件的材料成本应该适中,以确保器件的商业可行性和应用性。正确选择合适的材料可以有效地提高柔性电子器件的性能和稳定性,推动柔性电子技术的发展和应用。
有机半导体材料是由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机化合物,其电子结构使其具有半导体特性。与传统的硅基半导体材料相比,有机半导体材料的导电性能较差,但由于其分子结构的可调性和可溶性,具有很多独特的优势。


也称为有机晶体半导体,其中的载流子传输主要由晶体结构中的共价键传导。这类材料通常具有较高的载流子迁移率,适用于高性能的柔性电子器件。


也称为有机非晶体半导体,其中载流子的传输主要由材料中的松散结构和分子间的非共价键传导。这类材料通常具有较低的载流子迁移率,适用于一些低功耗的柔性电子器件。

有机半导体材料的研究取得了重要的进展,许多新型有机半导体材料的特点和优势被发现,并在柔性电子器件中得到应用。新型有机半导体材料的特点与优势包括:

它的半导体材料的分子结构可通过合成方法进行调控和设计,从而实现特定电学、光学和机械性能,满足不同柔性电子器件的要求。

与传统的硅基半导体相比,有机半导体材料的制备通常采用溶液法或印刷法等低成本、高效率的方法,降低了生产成本。

有机半导体材料可以制备成薄膜或纤维状的形式,适合于大面积柔性制备,实现可卷曲、可弯曲的柔性器件。

它的半导体材料的柔软性和可弯曲性使其能够适应不规则和复杂形状的基底,如弯曲的显示屏和可穿戴设备。

部分有机半导体材料具有良好的生物兼容性,适合用于生物医学应用,如可穿戴的健康监测器和医疗传感器。


智能可穿戴材料是支撑人工智能、物联网、元宇宙等交叉学科发展的重要载体。”上海应用技术大学校长汪小帆表示,新工科教育和新兴产业的发展密切关联,做好智能可穿戴材料的高水平原始创新,需要在人才培养、科技创新中发挥产学研“协同创新、协同育人、协同引才”作用,不断深化产教融合,共同为推动我国智能可穿戴材料行业的飞速发展做出更大贡献。


随着人们健康观念的转变及重视程度的提升,我国大健康产业正在快速发展,可穿戴材料的医疗创新产品愈加受到广泛关注。中国科学院院士、东华大学教授朱美芳提出,智能可穿戴材料技术及产业发展迅速,其研究也成为材料科学与工程领域的重要前沿,需要在加快新材料创新和工艺产业化的基础上,不断打破学科之间的界限,不断以集成化、微型化、柔性化技术趋势快速发展。


谈到纺织,人们往往会把服饰与其等同起来,这其实是对纺织行业的误解。”武汉纺织大学教授王栋谈到,团队将柔性传感器等技术嵌入衣服或贴附于皮肤表面,甚至直接植入人体内,让精准化的健康管理逐步融入人们日常生活中,目前纤维基可穿戴设备已经应用在运动员训练康复、血糖监测等精确传感场景中。


基于可穿戴材料的医疗创新产品,东华大学研究员潘绍武介绍了以可拉伸应变传感器实现肌电信号和心电信号等电生理信号的有效采集,对血液、神经元活动、心脏等进行连续长时间的生理参数监控。


说到清洁能源,大家没有想过利用人体体温也能发电?如何创新热电材料驱动“体温”供电?在上海应用技术大学教授杜永看来,柔性热电材料具有形状可弯曲、重量轻和环境友好等优点,围绕柔性热电材料的制备工艺,他分享了3D打印、丝网印刷、真空抽滤等路线中的影响因素,“合理设计柔性热电器件构造,实现能量输出的最大化,是柔性热电器件发展的方向之一,在可穿戴设备及其他柔性电子领域具有较好的应用前景。”


智能织物‘穿’和‘戴’是不同的概念。”香港理工大学教授王训该提出从“无人穿戴的技术”到“随处可见的可穿戴产品”,仍然面临舒适性、可持续性等一系列挑战。苏州大学教授方剑展示了纺织工程与智能纱线技术在多功能纱线制造方面的成功应用,为可穿戴设备的集成化发展提供了新的思路与见解。南洋理工大学教授魏磊提出,在热拉纤维成型的过程中应用直接压印的工艺,可实现具有微纳结构表面的功能纤维的大规模制备。



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