广州大学牛利教授团队《Nano Energy》：一种可穿戴自供电的温度实时监测系统

2022-10-30 来源：高分子科技

人体温度的变化包含有关代谢或病理状态的大量生理信息。例如，在怀孕期间暴露于高温可能会增加堕胎，早产或先天性心脏缺陷的风险。最近研究表明，暴露于炎热和寒冷的环境温度会增加死产发生的概率。同时，妊娠期间孕妇下肢血液供应减少和体力活动减少，常会半岁下肢冰冷的出现。连续准确地监测人体和环境的温度变化，可以为未来复杂的健康诊断和高危人群的保护提供支撑。

图1 用于孕妇下肢温度和环境温度实时监测的自供电温度监测系统

近期，广州大学分析科学技术研究中心牛利教授团队报道了一种具有自供电特点的温度监测系统，可以通过收集孕妇运动过程中的机械能为柔性温度传感器供电，实现孕妇下肢温度和所处环境温度的实时监测（图1）。该温度实时监测系统包括单根纱线基温度传感器和摩擦纳米发电机两个关键组件：单根纱线温度传感器利用半晶型聚合物内部分子链结构的多级转变实现了高灵敏度的温度传感，同时通过引入梭形结构实现传感单元的局部应力调控，实现了纱线温度传感器的高耐弯折特性，结合单根纱线温度传感器的高生物相容性、可编织性的特点，为可穿戴温度监测织物的设计和开发提供了新思路（图2）。一方面，利用电阻型温度传感器和摩擦纳米发电机之间的阻抗匹配效应，实现了实时的温度自供电监测（图3）；另一方面，通过嵌入在鞋子底部的摩擦纳米发电机在孕妇运动过程中的能量收集，为纱线温度传感器提供能量供应（图4）。两种途径均表现出良好的自供电温度监测的应用前景。该工作以“An Integrated Wearable Self-Powered Platform for Real-Time and Continuous Temperature Monitoring”为题发表在《Nano Energy》上(https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107935)。文章第一作者是广州大学博士后李伟燕博士，通讯作者为广州大学青年教师宋忠乾博士和牛利教授。该研究得到国家自然科学基金、博士后科学基金面上项目和广州市青年科技人才托举项目的支持。

图2 单根纱线温度传感器的设计与性能

图3 利用阻抗匹配效应的自供电温度传感性能

图4 运动运动过程中的能量收集与温度实时监测

该工作是团队近期关于柔性可穿戴传感器件的设计与应用研究的最新进展之一。团队围绕人体生命体征信号监测（肢体动作、脉搏、温度、压力、生物电信号等）的可穿戴器件和系统的开发为核心，通过新型传感材料的制备、新型传感机理的探究、多传感器的无串扰集成等方面的研究，在人体复杂运动监测、皮肤组织老化分析、人机交互动、脉粥样硬化疾病预防与早起诊断等方面做了应用探索，取得了一系列相关研究论文（Nano Energy, 2022, 100, 107498; ACS Nano, 2021, 15 (10), 16218; Nano Energy, 2022, 92, 106759; Chemical Engineering Journal, 2022, 444, 136481; Nano Energy, 2022, 107935; Advanced Materials Technologies, 2020, 5 (11), 2000677; Advanced Electronic Materials, 2018, 4 (11), 1800252）。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107935

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻