文献综述（或调研报告）
随着信息时代的应用需求越来越高，对被测量信息的范围、精度和稳定情况等各性能参数的期望值和理想化要求逐步提高。针对特殊环境与特殊信号下气体 、压力 、湿度的测量需求，普通传感器已经远远不能满足需求。市场是永远不缺探索者的。于是科研人员纷纷投身开发新材料、新工艺和开发新型传感器；实现传感器的集成化和智能化；实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化；与其它学科的交叉整合的传感器。同时，希望传感器还能够具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。随着柔性基质材料的发展，满足上述各类趋势特点的柔性传感器在此基础上应运而生。柔性电子设备提供了与人体融合和适应的能力。这些装置可以安装在各种形状的表面上，这样我们就可以把它们附着在衣服上或直接附着在身体上。
在医学技术的高速发展和人们对自身健康的日益关注下，能够精确监测人体生理和生物力学信号的高灵敏度柔性传感器已成为研究热点。柔性压力传感器的市场，特别是在便携式和可穿戴设备的应用，如人造皮肤，健康监测，和生物医学植入，预计在未来几年将飙升。即使在当前高度发达的医疗技术的时代，监测生命体征,例如心跳和呼吸，仍然一直被认为是医生评估人体基本功能的有效方法。然而，这些生理信号在生物系统中是复杂的时间依赖性信号，具有非常小的幅度和低频，这使得它们很难以一种简单、低成本的方式被精确地检测出来。临床常用的商用生命体征监测仪能够精确地实现多种生理参数，但由于其价格昂贵、体积大、携带不便等特点，限制了其在家庭医疗中的应用。
目前柔性传感器领域最热门就是柔性可穿戴电子传感器，而柔性可穿戴电子传感器技术的核心就是要能有效地将外部刺激转化为电信号，主要的信号转换机制主要分为压阻、电容和压电三大部分。为了便于对重要信号的监测，近年来，研究人员致力于开发一种利用高灵敏度纳米结构材料直接获取微小信号的新技术。许多基于压阻效应的可穿戴压力传感器，如纳米纤维可逆联锁或作为活性层的石墨烯编织织物，都得到了积极的发展，并显示出良好的压力传感性能。然而, 在这些传感器在运行过程中，偏置电压是不可避免的，若要消除偏执电压的影响，必须考虑外部电源是否会增加设备成本，造成电力消耗、结构复杂等问题。另外，基于压电效应的压力传感器可以简化设备，使其具有独特的自供电特性，从而使电子设备封装成为可能，而无需包含体积较大的电池组件。因此，先进的材料将是进步的关键，特别是集成阵列，提供高灵敏度的低压制度(lt;1千帕)。之前的例子包括基于导电橡胶的柔性矩阵型压力或应变传感器阵列。虽然这类传感器的设计简单，但它们的性能一般，压力敏感性约为0.5kPa，响应斜率(电阻率随压力变化的百分比)为0.05% (kPa)。最近的元件水平研究表明，摩擦电传感器和气隙电容器的灵敏度可分别达到0.4 Pa和3 Pa[2]。这些系统有许多用途，但它们对静电、杂散电容和温度变化有不良的敏感性。基于PVDF的纳米纤维传感器则利用了其优良的压电效应，可以有效介绍上述问题，因为它们可以检测到小力引起的变形，如压力、机械振动、伸长/压缩、弯曲或扭曲等。这些材料不但可以实现结构的灵活性、易加工性和良好的耐化学性，而且具有较大的敏感区域、设备设计的简单性和潜在的低成本实现等优点[5]。
聚偏氟乙烯，英文缩写PVDF，主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，它兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，结合了结构的灵活性、加工的简单性、优异的化学稳定性和良好的生物相容性，使其在监测生命体征的高灵敏度传感器方面具有竞争力。采用60/40(体积比)的丙酮(OCI Co.， Korea)和二甲甲酰胺(Junsei Chemical, Japan)的混合物溶解PVDF-TrFE (70/30 Mol%， Piezotech, France)，以此作为静电纺丝的材料[8]。制备静电纺丝的方法是将一定容量的溶液放入装有不锈钢针的1.0 ml塑料注射器中。正引线由一个高压电源连接到金属针上。用注射器泵将溶液以一定的恒定速率注入针头。用铝箔覆盖的金属板制成的静态收集器被放置在离针一定距离处，并接以负引线。实验中我们将分析电压、喷射距离、流量等工艺参数对PVDF纳米纤维压电性能的影响。另外还将采用不同浓度的PVDF溶液，以获得更为优化的PVDF纳米纤维条件[11]。
为了获得良好的输出性能，这些压电聚合物需要电极化在垂直于薄膜平面的方向上产生最大极化，这需要多个步骤，并限制了工程设计选项。最近，基于电流体力学变形(EHD)的静电纺丝方法被专门用于制备聚偏氟乙烯及其共聚物的压电纳米纤维。静电纺丝已被应用于制备由有机聚合物、陶瓷和聚合物/陶瓷复合材料制成的单向排列纳米纤维。这种方法成功的关键是使用了一种集电极，它由两片导电基片组成，基片之间有一个宽度从几百微米到几厘米不等的缝隙。在静电相互作用的驱动下，带电纳米纤维被拉伸以跨越间隙，从而成为大面积的单向排列的阵列。由于纳米纤维悬浮于该间隙之上，因此可以方便地将其转移到其他基板表面进行后续处理和各种应用[3]。用这种方法制备的聚偏氟乙烯纳米纤维，主要以单电纺聚偏氟乙烯纳米纤维组成的无纺布垫的形式存在。这些纤维经常需要高电场来极化，由后极化或近场静电纺丝提供，这需要复杂的设备。此外，这些水平排列的PVDF纤维大多横向沉积在柔性衬底上，这就需要衬底进行较大的弯曲，以产生足够的纤维拉伸，并在很大程度上抑制了机械触发的大小，从而限制了它们作为高灵敏度压力传感器的性能。已经成功地纳入这一程序的材料包括传统的有机聚合物、石墨碳和金属氧化物。通过控制静电纺丝的参数，还制造了一些简单的器件结构，例如，跨越两个电极的单个纳米纤维、交叉连接的二维阵列和光学偏振器[1]。
聚二甲基硅氧烷，英文缩写PDMS，是有机硅的一种，因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。于是对于支撑性的基础和电极，使用喷有金的PDMS薄片为三明治状的配置组件提供稳定性和灵活性。研究人员还发现,PDMS板和静电纺丝垫是作为可物理操作的装置集成的，具有良好的柔韧性,从而表现出很好的感应能力，可以检测小至1mu;m的微小变形。与该装置中各部件的柔性特性相一致，各组成层之间的大接触面积可在反复拉伸、折叠等变形条件下提供可靠且持久的灵敏性能。PDMS可通过数十微米厚的自旋涂层加工成超薄薄膜，这在可穿戴和贴片状电子系统的应用中显示出巨大的潜力。当采用自旋涂PDMS膜时，可以实现集成器件的总厚度小于100mu;m，使得其可附着于皮肤并能充分的反应心脏搏动引起的微小皮肤形变[8]。
综上所述，由于其简单、低成本的制造和高性能，所开发的传感设备有望对柔性电子领域作出贡献，特别是在柔软、可自由变形、可伸缩和可折叠的系统中。
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