應(yīng)用柔性、適形的大面積傳感器，可以通過表皮和植入式傳感器全面監(jiān)測人體生理參數(shù)。體域網(wǎng)（BodyNets）便是關(guān)鍵應(yīng)用之一，它可以應(yīng)用柔軟、可拉伸的智能傳感材料來檢測各種人體參數(shù)。其中，溫度是最基本的測量值，也是大多數(shù)可穿戴傳感器的集成傳感參數(shù)之一。

例如，柔性溫度傳感器既可以作為獨立器件（無線系統(tǒng)中的分立組件），也可以作為多路復(fù)用陣列，用于監(jiān)測皮膚溫度。溫度傳感器還可以與其它傳感器一起使用，例如pH或化學(xué)生物標(biāo)志物傳感器，用于補償溫度交叉敏感性。

除了正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻，柔性溫度傳感材料及傳感器的靈敏度相對較低，電阻溫度系數(shù)（TCR）通常低于100%?°C?1。因此，它們需要復(fù)雜的采樣電路來解決電阻的微小變化。另一方面，PTC熱敏電阻表現(xiàn)出非常高的靈敏度和TCR，但僅適用于非常窄的溫度范圍，通常低于10?°C。

上述溫度傳感器的另一個共同特征是它們的讀出機制。這些柔性、可拉伸溫度傳感器面向傳統(tǒng)的傳感、數(shù)字化、計算及無線傳輸系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，模擬感測波形在被處理之前由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采樣，然后無線傳輸?shù)?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/11230/" target="_blank">智能手機等網(wǎng)關(guān)。從讀出電路的角度來看，PTC熱敏電阻的非線性響應(yīng)導(dǎo)致需要開發(fā)復(fù)雜的ADC來與其連接處理。

另一方面，在檢測溫度和濕度等物理參數(shù)的低數(shù)據(jù)率傳感器中，被測量值的直接無線傳輸可以實現(xiàn)更普遍的無線傳感。RF感測標(biāo)簽或天線，通常用于天線與其周圍環(huán)境存在明顯相互作用的應(yīng)用，例如，由于土壤濕度變化或冰積聚，或使用可穿戴天線的生命體征引起的介電變化。此外，基于附加功能傳感器的RF傳感器讀出已被廣泛使用，包括2D材料、導(dǎo)電聚合物、無機敏感材料、集總傳感器，甚至細(xì)菌培養(yǎng)物。對于氣體傳感，研究表明，在?kHz頻率讀出電阻傳感器的響應(yīng)可以提高其線性度和靈敏度。

然而，由當(dāng)前的感測RF應(yīng)用尚不清楚RF（MHz到GHz范圍）讀出是否優(yōu)于在DC或接近DC頻率讀取傳感器的響應(yīng)。此外，RF傳感系統(tǒng)中使用的大多數(shù)材料都是被改造成高靈敏度諧振器，還沒有專門針對RF傳感應(yīng)用材料設(shè)計的報道。因此，盡管人們普遍認(rèn)為下一代網(wǎng)絡(luò)（即6G及以后的網(wǎng)絡(luò)），將支持通過波-物質(zhì)相互作用進(jìn)行傳感，但以此為目的的功能材料仍有待開發(fā)。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，英國格拉斯哥大學(xué)（University of Glasgow）的研究人員近日報道了一種RF熱敏電阻，克服了幾十年來PTC熱敏電阻的動態(tài)范圍限制（正是這種限制阻礙了它們在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用），并且可以通過熱敏電阻集成天線實現(xiàn)直接無線讀出。這種基于碳聚合物基復(fù)合材料（PMC）的低成本有機熱敏電阻，可以實現(xiàn)非常高的電阻溫度系數(shù)（TCR）。并且，它們采用3D打印鑄件的可擴(kuò)展成型工藝制造，使其能夠作為一種溫度控制的微波吸收器。這種大面積PMC熱敏電阻被用作諧振微波組件的襯底，而不是在低于或接近DC頻率下采樣的具有讀出電極的小型化傳感器，從而能夠在傳感器端無需數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)行遠(yuǎn)程響應(yīng)讀出。

RF賦能的無線溫度傳感

材料組成和表征

熱敏電阻RFID的無電池?zé)o線讀出

總結(jié)來說，研究人員提出了一種讀取大面積柔性、可拉伸復(fù)合材料感測響應(yīng)的方法，提出了一種CF/PDMS復(fù)合熱敏電阻，以及大面積模制方法，使其能夠作為包括天線和諧振器在內(nèi)的RF組件的襯底。結(jié)果表明，其RF讀出使傳感器能夠在更寬的動態(tài)范圍內(nèi)讀取，并實現(xiàn)固有的無線讀出，例如無電池RFID標(biāo)簽。此外，還表明RF傳感的材料設(shè)計，優(yōu)于使用諧振頻域傳感器中的傳統(tǒng)材料。研究人員認(rèn)為，未來的敏感材料將在讀出波長相當(dāng)?shù)拇蟊砻嫔蠑U(kuò)展，以實現(xiàn)未來的大面積無線傳感電子器件，包括無芯片傳感器以及下一代無線網(wǎng)絡(luò)中的直接RF傳感器調(diào)制。

審核編輯：黃飛