随着柔性电子技术的发展，面向人体健康监测的可穿戴传感器逐渐成为柔性电子学领域的研究热点。在人体的各种生理指标中，体温是反映人体健康状况的一个重要参数，体温的实时监测对于评估人体各项生命活动的质量具有重要的意义。可穿戴温度传感器除了应具备良好的柔韧性和延展性，能够贴合于皮肤表面，保证体温监测准确性、连续性、舒适性，同时还要求温度传感器在较窄的体温变化区间内具有较高的灵敏度。如何提高体温监测用的可穿戴柔性温度传感器的灵敏度是一个关键问题。在实际应用时，人体活动引起的器件形变会引起较强的信号干扰，如何避免应变干扰信号，是可穿戴温度传感器面临的另一个关键问题。

    近日，吉林大学电子科学与工程学院张彤教授团队通过原位聚合法在聚氨酯（ TPU ）纤维表面生长 PEDOT 热敏层，设计了一种用于体温监测的纤维状柔性温度传感器。在这种复合结构中， TPU 纤维充当坚固的骨架，它赋予复合纤维良好的机械性能（如图1所示）。通过调控PEDOT的氧化聚合时间、氧化剂浓度以及在聚合物单体中的溶胀时间等参数调控聚合度，使其表现出最佳的电阻温度系数。所获得的传感器具有理想的温度传感特性，在2 0 ℃ 到4 0 ℃ 区间内，传感器具有较高的灵敏度（ 0.95%∙ ℃ ^-1 ），并且其温度响应曲线展现出良好的线性度（ 0.998 ）。高灵敏度特性确保传感器在0 .2 ℃ 温度梯度下依旧表现出明显的温度响应（0 .23 %），其温度分辨率可以满足人体体温监测应用的需求。该传感器在不同温度梯度下分别经历多次升降温循环后，温度响应值没有出现明显的衰减，说明传感器具有良好的循环稳定性（如图 2 所示）。

图1. （a）PTCF的制备流程图。（b）TPU纤维在制备过程中各个阶段的照片。（c）TPU和PTCF的机械性能测试。

图2. （a）传感器在20℃到40℃区间内的温度响应曲线。（b）传感器在20℃到21℃内的电阻随温度变化曲线。（c）不同温度梯度下传感器的循环响应曲线。（d）传感器的响应恢复曲线。

  在应用中，可穿戴传感器将不可避免地受到自身形变带来的干扰信号，而通过将传感器以“S”形缝制到可拉伸织物中可以有效分散应力，降低应力对温度测量产生的影响。将传感器缝制到护腕处分别靠近盛有温水和凉水的烧杯时，其展现出不同的温度响应；将退烧贴贴附于手臂处时，传感器可以监测到手臂温度下降了1 3 ℃ ，这与红外测温枪的测量结果一致。除此之外，将传感器缝制到受试者的发带中，受试者骑行单车1 2 分钟，骑行前后传感器表现出0 .59 %的温度响应，这表明额头温度升高了0 .62 ℃ ，这与使用红外测温枪测量的结果相符（骑行前后受试者的额头温度从3 2.1 ℃ 升高至3 2.7 ℃ ）。由此证明传感器不仅可以监测环境温度变化，还可以捕捉到运动时体温的微小变化（如图 3 所示）。

图3 . （a）传感器以“S”形缝制到护腕中。（b）带有传感器的护腕靠近盛有水的烧杯。（c）传感器靠近盛有温水和冷水时的电阻变化曲线。（d）受试者戴缝制有传感器的发带骑车。（e）受试者骑车时发带中传感器的响应曲线。（f - g）退烧贴贴附于手臂上时传感器的响应曲线。

  本文以“Wearable Temperature Sensor with High Resolution for Skin Temperature Monitoring”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，第一作者为 李凡 博士，通讯作者为赵红然副教授 和 张彤 教授。

  上述工作是 该 团队近期关于可穿戴柔性传感器的最新进展之一 。吉林大学 微纳传感材料与器件实验室（SMDLAB）长期致力于面向工业生产安全、环境污染、人体健康以及家居环境等领域的气体、湿度、压力、温度、生物分子等传感检测，开展微纳米传感材料的设计和制备、传感器的结构设计以及应用开发。相关成果还发表在 Small、Small Methods、Biosensors & Bioelectronics、Journal of Hazardous Material、Nano-Micro Letters、ACS Applied Materials & Interfacs、ACS Sensors、IEEE Electron Device Letters、Sensors and Actuators B:Chemical等期刊上。

课题组网站链接：

http://smdlab.jlu.edu.cn/index.htm

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c15687