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趣科研丨揭示柔性电子器件特性 让高科技为健康把关

发布时间: 2017-11-30 07:06:08 来源: 浙江在线 记者 曾杨希 通讯员 闻正顺

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  柔性电子器件 资料图

  浙江在线11月30日讯(浙江在线记者 曾杨希 通讯员 闻正顺)随着健康产业的发展,可穿戴的智能健康设备逐渐增多,比如,在胸前贴个贴片就能测心率。但一张小贴片的背后,却凝聚着不少科研人员的心血。

  传感器是可穿戴设备的重要组成部件,其中,又以软硬材料组合结构的器件最常用。浙江大学建筑工程学院副院长吕朝锋团队重点研究软硬材料组合的热力耦合行为特性及其调控机理,提出了优化“小贴片”的设计方案。

  吕朝锋介绍,在软硬材料组合结构中,软的材料包括人工和天然生物材料,硬的材料则是指金属材料和半导体材料等。“传感器的关键构件往往是半导体等硬材料,但由于其质硬,很难直接使用。但如果将其放到塑料薄膜软性材料上,两者结合形成的柔性可延展电子器件就能任意变形,方便贴合皮肤,使用起来更方便。”

  在该项目中,软硬材料组合结构的热力耦合行为特性是研究重点之一。耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络等存在紧密配合与相互影响的关系,这种特性在该项目中的表现为,软硬材料组合结构使用过程中会产生热量,同时,热量也会影响材料的特性。

  2013 年,吕朝锋投身这项基础研究,并获得了省自然科学基金杰青项目资助。通过对热源作用下的软硬材料组合结构特性进行分析,吕朝锋建立了优化的散热设计准则,“通过利用这个准则,可防止使用相关设备时人体被低温烫伤。”吕朝锋说。

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  吕朝锋和学生在一起

  不仅要散热,而且要调控热。在该项目中,吕朝锋还针对该类复合材料开展了在温度荷载或热电效应作用下的变形和界面断裂行为研究,建立力、热、电耦合效应作用下软硬材料界面行为的调控准则。同时,他还研究了纳米尺度下软硬材料组合结构热力耦合行的调控机理,为柔性可延展电子器件设计及其在健康医疗领域的应用提供了重要的理论支撑。

  “我们的研究理论可应用于医疗健康的多个细分领域。”吕朝锋举了个案例,“比如,我们在理论上建立了动脉瘤破裂弹性生长模型,可用在动脉瘤破裂风险评估领域。具体而言,就是利用一种传感器对动脉瘤的生长过程进行实时监测,通过对传感器的力电耦合分析,获得传感器输出电容与动脉瘤尺寸、壁应力等要素的关系,用以综合评价动脉瘤的破裂风险,从而能帮助医生给出更加优化治疗方案。”

  目前,该老师主持的浙江省自然科学基金杰青项目已经结题。项目研究过程中,吕朝锋还参与组建了浙江大学柔性电子新器件新材料科技联盟,未来将投入更多研究。吕朝锋说:“柔性可延展电子器件及相关医疗检测平台在国内尚处于新兴阶段,加快在穿戴类和人体集成类电子设备领域的研发,可以更好地帮助人们应对健康问题,同时,针对也将大大助力提升我省健康产业发展水平。”


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