【摘 要】
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近年来,随着大众对可穿戴电子设备的需求日益增加,可穿戴技术成为国内外学者研究的热点话题,可穿戴电子皮肤作为其中重要的一种,可以模拟人体皮肤感受外界刺激,因此在医疗健康检测与诊断、机器人触觉与控制和人机交互等方面得到了广泛的应用。然而体型庞大、成本高昂、佩戴不适等问题已经成了阻碍可穿戴电子皮肤发展的瓶颈,近年来迅速崛起的纳米技术为其发展提供了新思路,在提升其性能参数和使用功能上,具有重大的研究意义和
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近年来,随着大众对可穿戴电子设备的需求日益增加,可穿戴技术成为国内外学者研究的热点话题,可穿戴电子皮肤作为其中重要的一种,可以模拟人体皮肤感受外界刺激,因此在医疗健康检测与诊断、机器人触觉与控制和人机交互等方面得到了广泛的应用。然而体型庞大、成本高昂、佩戴不适等问题已经成了阻碍可穿戴电子皮肤发展的瓶颈,近年来迅速崛起的纳米技术为其发展提供了新思路,在提升其性能参数和使用功能上,具有重大的研究意义和应用价值。本文为针对在人体健康检测和人工智能方面的巨大需求,以压力感知为核心,开展了基于纳米技术的柔性可穿戴电子皮肤的制备和应用研究。研究内容包括以下三部分:（1）设计了一种基于黑磷-金纳米复合材料的织物基底柔性可穿戴电子皮肤。该电子皮肤由一对丝网印刷的织物碳电极和一个黑磷-金纳米复合材料修饰的尼龙电极组成,得益于尼龙纤维的微结构和黑磷-金纳米复合材料的独特性能,所开发的电子皮肤具有优异的性能,灵敏度为0.372 k Pa-1（0-1.5 k Pa）,响应时间为24 ms,以及具有良好的耐久性和洗涤耐用性。（2）设计了一种基于二维碳化钛-纳米芳纶纤维-黑磷-金纳米复合材料的Ecoflex薄膜基底柔性可穿戴电子皮肤。制备了一种二维力检测的传感器,并研究各种复合材料对电子皮肤性能的影响并完成对照实验,依赖于零维、一维和二维纳米材料的复合,使传感器更具有出色的性能,按压灵敏度为0.4986 k Pa-1（0-1 k Pa）,按压响应时间为12 ms,拉伸灵敏度最高为9188.583（形变区间55%-85%）。（3）完成了柔性可穿戴电子皮肤的相关应用研究。在本文研究的电子皮肤的基础上,进行了医疗健康、触觉感知和传感阵列的应用。可以检测人体运动的细微信号,实时检测手腕脉搏和呼吸,将其集成在手套上实现触觉感知。并制备了传感器阵列,完成了相关的结构、硬件和软件设计,通过传感器阵列识别了物体形貌和滑动信息等,增加了柔性可穿戴电子皮肤的应用场景。综上所述,本论文基于纳米技术制备了高性能的柔性可穿戴电子皮肤,达到了高灵敏度、高稳定性、高响应速度等目的,实现了人体健康检测以及触觉感知等应用。
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