Drucktechnik
Die Drucktechnik ist die beliebteste Technik zur Herstellung dieser Sensoren. Beim Drucken kann es sich um Siebdruck, auch Analogdruck genannt, oder um Digitaldruck, auch Tintenstrahldruck genannt, handeln.
Beim Siebdruck wird eine Maske erstellt, in den Drucker eingeführt und zum Drucken des erforderlichen Musters verwendet. Fast alle früheren Sensoren und elektronischen Schaltkreise wurden mit dieser Siebdrucktechnik hergestellt.
Heutzutage ist der Digitaldruck angekommen, bei dem keine Maskenherstellung erforderlich ist. Beim Digitaldruck wird das zu druckende Muster digital in den Computer eingegeben und durch einen Computerbefehl automatisch gedruckt.
Obwohl der Digitaldruck einfach und benutzerfreundlich ist und weniger manuellen Aufwand erfordert, muss die für diese Technik verwendete Tinte bestimmte Anforderungen hinsichtlich Viskosität und Oberflächenspannung erfüllen.
Bei der Elektrospinning-Technik hingegen wird eine Polymerlösung hergestellt und in die Spritze eingespeist, die mit einer Spritzenpumpe bis zur Metallnadel getrieben wird.
Entlang der Nadel wird eine hohe elektrische Spannung angelegt, die dazu dient, die Polymerlösung auszustoßen, indem die Oberflächenspannung der Flüssigkeit gebrochen wird. Während des Auswurfvorgangs verflüchtigt sich das Polymer-Lösungsmittel, das stabile Polymermaterial wird spiralförmig abgelagert und das gewünschte Faserprodukt entsteht.
In ähnlicher Weise wird bei der Musterübertragungstechnik ein Muster mithilfe einer Maske mithilfe einer gewöhnlichen Drucktechnik auf die starre Oberfläche gedruckt und später auf das flexible Substrat übertragen.
Bei der Musterübertragung ist besondere Vorsicht geboten, da die erstellten Muster empfindlich sind und bei unsachgemäßer Handhabung kaputt gehen können. Die additive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, ist die neueste Drucktechnik, die zur Herstellung komplizierter elektronischer Geräte oder elektrischer Schaltkreisentwürfe eingesetzt wird.
Bei dieser Technik erfolgt der Druck schichtweise und die Muster werden übereinander auf das flexible Substrat gedruckt. Mit dieser Technik können elektronische Geräte mit komplexer Nano-Architektur oder -Design effektiv hergestellt werden.
Flexible und tragbare Sensoren haben viele allgemeine und medizinische Anwendungen. Der Einsatz eines bestimmten Sensors in einem bestimmten Versorgungsunternehmen hängt von der Art der durchzuführenden Messung oder Verfolgung ab.
Die typischerweise eingesetzten Sensoren sind elektrochemische Sensoren, Druck- oder Dehnungssensoren, Temperatursensoren usw. Einige Beispiele für am Körper getragene Sensoren sind in Abbildung 1 dargestellt.
Alle diese Sensoren verfügen über eine aktive Schicht, die die jeweilige Zielgröße misst und diese in das entsprechende elektrische Signal umwandelt. Es gibt viele Arten von elektrochemischen Sensoren für die Gesundheitsüberwachung, darunter die Messung von Glukose, Schweiß, Speichel, pH-Wert, Medikamententransport, Cholesterin usw.
Das Grundprinzip der elektrochemischen Sensoren besteht darin, dass die chemische Reaktion zwischen dem Sensormaterial und der Zielsubstanz die elektrischen Eigenschaften des Sensors verändert und auf diese Weise eine Gesundheitsüberwachung erfolgt.
Drucksensor
Der Drucksensor oder Kraftsensor ist eine wichtige Kategorie von Sensoren, mit denen viele wichtige Gesundheitsparameter wie Pulsfrequenz, Blutdruck, Herzschlag usw. gemessen werden.
Diese Sensoren erfassen mechanische Kräfte in Form von Spannung, Belastung, Dehnung und Drehmoment und wandeln sie in ein elektrisches Signal um. Im Gesundheitswesen gibt es viele Arten von Dehnungssensoren, beispielsweise Widerstandssensoren, kapazitive Sensoren und piezoelektrische Sensoren.
Widerstandssensor
Bei einem Widerstandssensor ändert sich der Widerstand des Sensorgewebes bei der Erkennung eines mechanischen Signals, und der Widerstand wird durch die Form eines Widerstands innerhalb des elektrischen Signals bestimmt.
Ebenso ändert sich bei einem kapazitiven Sensor die Kapazität des Sensors mit der Änderung der mechanischen Kraft oder des Drucks und spiegelt sich in Form eines elektrischen Signals wider.
Piezoelektrischer Sensor
Ein piezoelektrischer Sensor ist ein Sensor, der bei Erkennung der mechanischen Kraft oder des Drucks an seinen Anschlüssen eine elektrische Spannung erzeugt. Viele bleibasierte Keramikmaterialien und Polymere weisen piezoelektrische Eigenschaften auf und werden direkt in solchen Sensoren eingesetzt.
Nach neuesten Forschungsergebnissen zu Drucksensoren können poröse Strukturen oder Nanoarchitekturdesigns, die durch additive Fertigung hergestellt werden, verwendet werden, um die Leistung oder Empfindlichkeit dieser Sensoren zu verbessern.
Temperatursensor
Eine weitere Kategorie tragbarer Sensoren sind Temperatursensoren. Diese Sensoren erfassen die Veränderung der Körpertemperatur und spiegeln die Ausgabe in Form eines elektrischen Signals wider.
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Temperatursensoren, nämlich Widerstandssensoren und pyroelektrische Sensoren. Beim Widerstandstemperatursensor ändert sich der Widerstand des eingesetzten Materials mit der Temperaturänderung.
Daher variiert das elektrische Ausgangssignal entsprechend. Metalloxide, CNTs, Graphen und Polymerverbundstoffe sind häufig verwendete Materialien für die Herstellung von Widerstandstemperatursensoren.
Bei pyroelektrischen Sensoren ändert sich die Polarisation des Materials mit der Temperaturänderung. Die Polarisationsänderung wird weiterhin zur Erzeugung des temperaturkalibrierten elektrischen Signals genutzt
