研究背景

柔性可穿戴传感器因其在电子皮肤、健康监测、软体机器人和人机互动方面的潜在应用而引起了巨大的关注。一般来说，柔性可穿戴传感器主要由电极、导电材料(例如石墨烯、银纳米线(AgNW)、碳纳米管(CNT)和 MXenes)和弹性聚合物基材(例如热塑性聚氨酯和聚二甲基硅氧烷(PDMS) ) 组成。通过监测电子信号的变化，如电阻或电容，弹性基底的变形可以用来检测人类的活动。因此，导电填料与弹性基底一起的变形非常重要，这需要导电部件的适当结构设计。导电元件的结构，如金字塔、波浪、折纸和多孔设计，已被广泛证明是赋予导电元件高灵活性的有效策略。

在结构设计中，多孔结构具有检测拉伸、压缩和扭转应变的能力。由于高孔隙率，多孔结构可以在很大程度上被压缩，它们已被广泛用于检测压缩。因此，各种方法，包括直接合成、相分离、模板化、发泡和3D打印，已经被开发出来以制备多孔结构。在模板法中，使用冰晶作为模板引起了极大的关注，因为它具有高效、环保和低成本的特点。此外，冰模板法有能力对孔的大小、分布和方向进行编程，这为我们提供了为可穿戴传感器制造设计的导电多孔结构的巨大机会。

研究成果

可穿戴式传感器中多孔结构的设计对于机械信号的检测非常重要。然而，构建一个能 够检测各种机械信号的多孔结构仍然是一个挑战。武汉大学薛龙建教授团队通过新建立的冷冻印刷技术制造了具有长距离定向微孔(RW-LOM) 的圆线，并通过加入碳纳米管和聚二甲基硅氧烷构建成可穿戴式传感器。RW-LOM中的Sabal叶状片状结构得以实现，并且可以通过浆料浓度和印刷参数的适当协调来调整。RW-LOM中的精细结构使可穿戴传感器能够以高灵敏度、高稳定性和宽广的检测范围检测压缩、拉伸、扭曲和弯曲。这项工作不仅提供了一个具有高稳定性和高灵敏度的可穿戴传感器，而且还建立了一种构建多孔导线的技术，可以在智能工业和医疗保健等领域找到应用。相关研究以“Wires with Continuous Sabal Leaf-Patterned Micropores Constructed by Freeze Printing for a Wearable Sensor Responsible to Multiple Deformations”为题发表在Small期刊上。

研究亮点

1. 报告了一种被称为冷冻印刷的技术，它能够制造具有长距离定向微孔(RW-LOM)的圆线。2. 在水浆中加入碳纳米管使冷冻印刷的RW-LOM具有导电性，PDMS与碳纳米管RW-LOM的结合形成了一个可穿戴的传感器，可以检测压缩、拉伸、扭曲和弯曲。3. 这项工作不仅提供了一种新型的可穿戴传感器，而且还建立了一种制造具有连续和平行孔隙的多孔导线的技术，这可能会在各种工业应用中找到广泛的应用。

图文导读

Figure 1. Fabrication of round wire with long-range orientated micropores (RW-LOM).

Figure 2. Inner structures of RW-LOM.、

Figure 3. Mechanism for the inner-structure formation in RW-LOM.

Figure 4. Preparation and mechanical properties of CNTs-RW-LOM.

Figure 5. Sensing performance of the CNTs-RW-LOM/PDMS sensor.

总结与展望

综上所述，作者成功地建立了一种冷冻印刷技术来制造RW-LOM。油墨，如CMC水浆和CNTs-CMC-水浆，被小心翼翼地输送到-个温控的冷指，然后冷冻干燥以实现RW-LOM。RW-LOM可以通过cCMC、Sext 和Sstage的适当协调来实现。CNTs 和PDMS的结合为所形成的复合材料提供了导电性、灵活性和高机械性能，因此可以用作可穿戴的传感器。该传感器可以检测压缩、拉伸、扭曲和弯曲，并具有较高的信号稳定性。手指弯曲、膝盖弯曲、行走/跑步、脉搏和声音都被成功检测到，并且可以区分来自不同人的信号，这表明该传感器具有高灵敏度和广泛的检测范围。这项工作不仅建立了一种制造具有连续和平行孔隙的多孔线的新技术，而且提供了一种有可能用于语音识别、健康监测、体能训练和智能设备领域的传感器。

文献链接

Wires with Continuous Sabal Leaf-Patterned Micropores Constructed by Freeze Printing for a Wearable Sensor Responsible to Multiple Deformations, Small 2022, 2201091

https://doi.org/10.1002/smll.202201091.