具有温度-压力双重刺激检测与分辨功能的柔性仿生电子皮肤的构筑及其工作机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51873165
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0301.高分子材料制备
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

To develop the temperature-pressure dual sensors with synergistically promoted sensing properties of sensitivity, response time, and detection range is very important for the development of electronics skin. Inspired by the human skin, we proposed to construct the biomimetic electronic skin by combining the flexible and thermally conductive nanofiber membrane with the elastic and thermoelectric microsphere sensor layer. The preparation methods of nanofiber membrane and microsphere sensor layer were explored. To enhance the performance, the effect of structure and morphology on the properties of nanofiber membrane and microsphere sensor layer were analyzed. The temperature-pressure sensing properties and relationship between different stimuli and output signals were fully studied, and based on these the sensing mechanism of the biomimetic electronic skin was elucidated. To realize the real time monitor the physiological signals of human by environmental changes, the sensing properties including sensitivity, response time, and detection range were synergistically promote by control the structure of biomimetic electronic skin. After that, a large area sensing array was designed to realize the multidimensional sensing and displays the temperature and pressure mapping profiles of pixel signals. All of the work provided a new approach to design and construct the multifunctional electronic skin.
设计并制备具有同时检测及分辨温度-压力双重刺激功能的电子皮肤,并协同提高其温度-压力传感灵敏度、响应时间及检测范围具有重要意义。本项目以人体皮肤结构为灵感,利用具有柔韧性、热传导性能的纳米纤维膜为表层,具有弹性、热电性能的微球为传感层,构筑仿生电子皮肤。探索纳米纤维膜和微球传感层的制备工艺,掌握其结构调控机理及结构-性能之间的关系;深入表征仿生电子皮肤的温度-压力传感性能,分析两种刺激及输出信号之间的相互关系,揭示其对温度-压力的同时检测与分辨机理;探明影响仿生电子皮肤温度-压力传感灵敏度、响应速度及检测范围的主要因素,协同提高其温度-压力传感性能,实现对人体不同身体状况及情绪下生理信号的实时、准确监测;构筑大面积的仿生电子皮肤阵列,能够通过信号采集与处理将多维温度-压力刺激转化为各自独立的电信号及压力-温度分布图,阐明其运行机理,为多重传感功能电子皮肤的设计与构筑提供新思路。

结项摘要

设计并制备具有同时检测及分辨温度-压力双重刺激功能的电子皮肤并协同提高其传感性能,对可穿戴电子器件的发展具有重要的理论研究意义和广泛应用价值。本项目提出利用弹性热电材料构筑温度-压力传感电子皮肤,掌握其结构调控机理及结构-性能之间的关系;深入表征仿生电子皮肤的温度-压力传感性能,揭示其对温度-压力的同时检测与分辨机理;探明影响仿生电子皮肤温度-压力传感性能的主要因素,实现对人体不同身体状况及情绪下生理信号的实时监测;构筑大面积的仿生电子皮肤阵列,阐明其运行机理,为多重传感功能电子皮肤的设计与构筑提供新思路。.在此基础上,本项目设计制备了具有柔韧性、透气透湿性及热透过性能的弹性聚烯烃纳米纤维膜,其优异的热调节功能主要取决于其对人体中红外线接近100%的透过率,利用其作为表面封装层可以大大提高电子皮肤的热湿舒适性。然后,将有机热电材料与弹性三维织物相结合,制备了弹性热电复合材料基自供能温度-压力传感器(PPSF),其可以同时检测温度-压力双重刺激,并将两种刺激转换为独立的电压和电流信号输出,具有灵敏度高、响应时间短、检测范围大等优点,揭示了其信号传感及分辨机理。利用PPSF设计制备了大面积可穿戴自供能温度-压力传感马甲,实现了对外界压力-温度刺激的大面积多维高分辨传感,揭示了其运行机理。热电材料及基材的性能是影响自供能温度-压力传感器传感性能、机械性能及可穿戴性能的主要因素。因此,为了提高热电性能并改进基材,项目构筑了光热-热电复合材料、通过添加离子液体对PEDOT:PSS进行改性、并利用纤维基材替代织物,提高了材料的热电性能及基材的可设计性。在此基础上,设计构筑了可编织的自供能传感器,实现了自发电压力-温度传感。.项目执行过程中共发表带标注的学术论文19篇;申请发明专利4项、授权3项;联合培养了博士生2名、培养硕士研究生5名;顺利完成了项目的各项指标。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
A large-area, wearable, self-powered pressure−temperature sensor based on 3D thermoelectric spacer fabric
基于 3D 热电间隔织物的大面积、可穿戴、自供电压力温度传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Sensors
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Mufang Li;Jiaxin Chen;Weibing Zhong;Mengying Luo;Wen Wang;Xing Qing;Ying Lu;Qiongzhen Liu;Ke Liu;Yuedan Wang;Dong Wang
  • 通讯作者:
    Dong Wang
Synergistic improvement for mechanical, thermal and optical properties of PVA-co-PE nanofiber/epoxy composites with cellulose nanocrystals
纤维素纳米晶对 PVA-co-PE 纳米纤维/环氧树脂复合材料机械、热学和光学性能的协同改善
  • DOI:
    10.1016/j.compscitech.2020.107990
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Li, Mufang;Zhao, Xu;Wang, Dong
  • 通讯作者:
    Wang, Dong
In-situ growth of multienzyme-inorganic hybrid nanoflowers on PVA-co-PE nanofibrous strip for colorimetric biosensor
用于比色生物传感器的 PVA-co-PE 纳米纤维条上多酶-无机杂化纳米花的原位生长
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfa.2022.128419
  • 发表时间:
    2022-02-01
  • 期刊:
    COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Luo,Mengying;Li,Mufang;Wang,Dong
  • 通讯作者:
    Wang,Dong
A transparent PEDOT:PSS/PVA-co-PE/epoxy thermoelectric composite device with excellent flexibility and environmental stability
一种透明的PEDOT:PSS/PVA-co-PE/环氧树脂热电复合器件,具有优异的柔韧性和环境稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.compscitech.2021.109153
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Composites Science and Technology
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Fanjia Zeng;Xu Zhao;Mengying Luo;Wen Wang;Xing Qing;Ying Lu;Weibing Zhong;Qiongzhen Liu;Jie Luo;Mufang Li;Dong Wang
  • 通讯作者:
    Dong Wang
Strategy of Constructing Light-Weight and Highly Compressible Graphene-Based Aerogels with an Ordered Unique Configuration for Wearable Piezoresistive Sensors
为可穿戴压阻传感器构建具有有序独特配置的轻质、高可压缩石墨烯基气凝胶的策略
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b02591
  • 发表时间:
    2019-05-29
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    He, Xiaowei;Liu, Qiongzhen;Wang, Dong
  • 通讯作者:
    Wang, Dong

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其他文献

PVA-co-PE纳米纤维过滤膜的制备及性能表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    东华大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴志红;罗梦颖;李沐芳;王栋
  • 通讯作者:
    王栋
环境友好高吸水纤维素海绵的制备及影响工艺
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴志红;昌康琪;王栋;李沐芳
  • 通讯作者:
    李沐芳
热塑性纳米纤维的制备及功能化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国材料进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李沐芳;刘轲;赵青华;王栋
  • 通讯作者:
    王栋

其他文献

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纳米纤维表面蛋白质多维纳米结构的构筑及形成机理研究
  • 批准号:
    51403166
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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