高精度柔性传感器的设计与全印刷制备

一、经济效益

二、社会效益

本项目坚持“四个面向”加快科技创新，并聚集“碳达峰、碳中和”绿色发展理念，致力于开发和推广更加高效智能的方案生产高精度柔性传感器，其作为柔性可穿戴电子产品的核心组件，对实现人、机、物交互沟通至关重要，可加速推进5G行业、人工智能、大数据、物联网、元宇宙等领域蓬勃发展。

本项目在功能电子墨水应用开发、柔性传感器多级微结构设计及增材制造工艺升级等方面开展了一系列创新性研究，成功推出三款功能型电子墨水，并应用于柔性传感器印刷制造，实现单模态PTC温敏传感器的量产，完成三模态传感器中试验证，正加速推进其落地、转化。作为可穿戴电子的核心组件，发展潜力巨大、市场空间广阔，对推动智慧医疗、促进人机交互等高科技领域发展有着较大的社会价值。

本项目在增材制造工艺方面做了大量探索，实现多层传感电路的逐层叠印，与减材制造相比，具有效率高、排放少等突出优势。同时喷墨打印等增材制造工艺有利于提升传感电器的精度，实现柔性传感器各性能的协同提升。微结构和印刷制备工艺的有机结合，符合绿色可持续发展理念，助力“碳达峰、碳中和”发展目标，推动我国柔性电子产业发展，加速由“中国制造”向“中国创造”转变。

优势：

本项目在多级微结构设计、功能型电子墨水开发、增材制造工艺升级以及高精度柔性传感器印刷制备方面开展了一系列创新性探索并取得优异成果，成功实现大学生双创成果的转化落地。

图1 解决方案

①在高精度柔性传感器结构设计方面，创新性提出多级微结构、模块化传感电路，解决了不同传感电路层间的模态串扰，实现精度、阈值、模态以及稳定性的协同提高，拓展应用领域。

图2 多级微结构设计

②在功能型电子墨水开发方面，发明还原法制备纳微米银包铜填料，银镀层光滑致密有效阻止铜内核氧化；采用复配法提高导电填料堆积密度，协同提升导电率，降低固化温度；通过设计导电填料的组成、结构以及复配，成功制备温敏、湿敏和压敏电子墨水。首次提出辐射交联技术锁紧印刷电路，提高电路与柔性基材间的结合力，表现出优异的耐揉搓洗涤特性，满足工业化应用要求。

图3 功能墨水开发

③在印刷制备工艺方面，采用丝网印刷、喷墨打印、点胶等增材制备工艺，绿色、高效，满足数字化、个性化定制需求。同时，凭借喷墨打印高精度特性，可同时提升柔性传感器的精度与集成度。所开发功能电子墨水广泛适用于温度、压力、汗液等传感器的印刷制备。

图4 增材制造工艺升级

相关创新成果对优化柔性传感器的增材制造，推动产业升级，助力柔性可穿戴电子产品高速发展具有重要意义，形成良好的社会和经济效益。

前景：

随着数字智能时代的到来，人、机、物的交互沟通变得尤为重要，柔性传感器是采集数据并转化为数字信号的核心元件，在运动社交、健康监测等领域具有广阔应用场景，全球市场需求已突破100亿美元，并保持15%年增长率高速发展。同时，对柔性传感器的可弯曲拉伸特性、穿戴舒适性、精度以及稳定性提出更高要求。本项目所开发的功能电子墨水，具有固化温度低、电导率高、与基材结合力强等突出优势。并采用喷墨打印、丝网印刷等增材制造工艺，可实现高精度柔性传感器的数字化与个性化定制。同时，相较于传统刻蚀法（减材制造），更加绿色、高效，与“碳达峰、碳中和”发展目标相契合。

同时，团队将充分发挥喷墨打印精度高的特性，提升柔性传感器的集成度和灵敏度，有望应用于电子皮肤、医疗保健，为下一代健康监护技术提供解决方案；感知、获取、分析和存储人体日常活动的生理数据，为人体健康状况提供必要、准确、长期的评估和反馈。

开发和转化团队在技术升级、商业模式、融资计划和战略规范方面制定了细致、合理、可持续的计划，并积极落实。综上所述，研究团队所开发的功能电子墨水以及印刷制备的高精度柔性传感器发展前景广阔。