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智能可穿戴材料作為一種前瞻性、顛覆性、智能化的新型材料，正在不斷賦能新型可穿戴設(shè)備加速升級(jí)迭代，助推著醫(yī)用新材料、人機(jī)交互等技術(shù)持續(xù)突破。日前，2023年智能可穿戴材料前沿論壇在上海舉行，論壇由上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)主辦，上海市新材料協(xié)會(huì)協(xié)辦。來(lái)自國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者齊聚一堂，聚焦智能可穿戴材料研究與應(yīng)用所面臨的創(chuàng)新型發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題，共探材料行業(yè)未來(lái)。

在柔性電子器件的制備過(guò)程中，材料選擇是關(guān)鍵因素之一。不同的材料具有不同的電學(xué)、機(jī)械和光學(xué)性質(zhì)，因此對(duì)器件的性能有著重要的影響。

材料必須具有足夠的柔性性能，以確保在器件彎曲和扭曲時(shí)不出現(xiàn)斷裂或損壞。材料應(yīng)具有適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率、載流子遷移率和能帶結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足柔性電子器件的工作要求。材料必須與其他器件組件和基底材料相兼容，以確保器件的穩(wěn)定性和可靠性。

制備柔性電子器件的材料成本應(yīng)該適中，以確保器件的商業(yè)可行性和應(yīng)用性。正確選擇合適的材料可以有效地提高柔性電子器件的性能和穩(wěn)定性，推動(dòng)柔性電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
有機(jī)半導(dǎo)體材料是由碳、氫、氧、氮等元素組成的有機(jī)化合物，其電子結(jié)構(gòu)使其具有半導(dǎo)體特性。與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體材料相比，有機(jī)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能較差，但由于其分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)性和可溶性，具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

也稱(chēng)為有機(jī)晶體半導(dǎo)體，其中的載流子傳輸主要由晶體結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵傳導(dǎo)。這類(lèi)材料通常具有較高的載流子遷移率，適用于高性能的柔性電子器件。

也稱(chēng)為有機(jī)非晶體半導(dǎo)體，其中載流子的傳輸主要由材料中的松散結(jié)構(gòu)和分子間的非共價(jià)鍵傳導(dǎo)。這類(lèi)材料通常具有較低的載流子遷移率，適用于一些低功耗的柔性電子器件。

有機(jī)半導(dǎo)體材料的研究取得了重要的進(jìn)展，許多新型有機(jī)半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)被發(fā)現(xiàn)，并在柔性電子器件中得到應(yīng)用。新型有機(jī)半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)包括：

它的半導(dǎo)體材料的分子結(jié)構(gòu)可通過(guò)合成方法進(jìn)行調(diào)控和設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)特定電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能，滿(mǎn)足不同柔性電子器件的要求。

與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體相比，有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備通常采用溶液法或印刷法等低成本、高效率的方法，降低了生產(chǎn)成本。

有機(jī)半導(dǎo)體材料可以制備成薄膜或纖維狀的形式，適合于大面積柔性制備，實(shí)現(xiàn)可卷曲、可彎曲的柔性器件。

它的半導(dǎo)體材料的柔軟性和可彎曲性使其能夠適應(yīng)不規(guī)則和復(fù)雜形狀的基底，如彎曲的顯示屏和可穿戴設(shè)備。

部分有機(jī)半導(dǎo)體材料具有良好的生物兼容性，適合用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如可穿戴的健康監(jiān)測(cè)器和醫(yī)療傳感器。

智能可穿戴材料是支撐人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、元宇宙等交叉學(xué)科發(fā)展的重要載體?！?strong>上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)汪小帆表示，新工科教育和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切關(guān)聯(lián)，做好智能可穿戴材料的高水平原始創(chuàng)新，需要在人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新中發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研“協(xié)同創(chuàng)新、協(xié)同育人、協(xié)同引才”作用，不斷深化產(chǎn)教融合，共同為推動(dòng)我國(guó)智能可穿戴材料行業(yè)的飛速發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

隨著人們健康觀念的轉(zhuǎn)變及重視程度的提升，我國(guó)大健康產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，可穿戴材料的醫(yī)療創(chuàng)新產(chǎn)品愈加受到廣泛關(guān)注。中國(guó)科學(xué)院院士、東華大學(xué)教授朱美芳提出，智能可穿戴材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其研究也成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的重要前沿，需要在加快新材料創(chuàng)新和工藝產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上，不斷打破學(xué)科之間的界限，不斷以集成化、微型化、柔性化技術(shù)趨勢(shì)快速發(fā)展。

“談到紡織，人們往往會(huì)把服飾與其等同起來(lái)，這其實(shí)是對(duì)紡織行業(yè)的誤解。”武漢紡織大學(xué)教授王棟談到，團(tuán)隊(duì)將柔性傳感器等技術(shù)嵌入衣服或貼附于皮膚表面，甚至直接植入人體內(nèi)，讓精準(zhǔn)化的健康管理逐步融入人們?nèi)粘Ｉ钪?，目前纖維基可穿戴設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練康復(fù)、血糖監(jiān)測(cè)等精確傳感場(chǎng)景中。

基于可穿戴材料的醫(yī)療創(chuàng)新產(chǎn)品，東華大學(xué)研究員潘紹武介紹了以可拉伸應(yīng)變傳感器實(shí)現(xiàn)肌電信號(hào)和心電信號(hào)等電生理信號(hào)的有效采集，對(duì)血液、神經(jīng)元活動(dòng)、心臟等進(jìn)行連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的生理參數(shù)監(jiān)控。

說(shuō)到清潔能源，大家沒(méi)有想過(guò)利用人體體溫也能發(fā)電？如何創(chuàng)新熱電材料驅(qū)動(dòng)“體溫”供電？在上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)教授杜永看來(lái)，柔性熱電材料具有形狀可彎曲、重量輕和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，圍繞柔性熱電材料的制備工藝，他分享了3D打印、絲網(wǎng)印刷、真空抽濾等路線(xiàn)中的影響因素，“合理設(shè)計(jì)柔性熱電器件構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)能量輸出的最大化，是柔性熱電器件發(fā)展的方向之一，在可穿戴設(shè)備及其他柔性電子領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。”

“智能織物‘穿’和‘戴’是不同的概念。”香港理工大學(xué)教授王訓(xùn)該提出從“無(wú)人穿戴的技術(shù)”到“隨處可見(jiàn)的可穿戴產(chǎn)品”，仍然面臨舒適性、可持續(xù)性等一系列挑戰(zhàn)。蘇州大學(xué)教授方劍展示了紡織工程與智能紗線(xiàn)技術(shù)在多功能紗線(xiàn)制造方面的成功應(yīng)用，為可穿戴設(shè)備的集成化發(fā)展提供了新的思路與見(jiàn)解。南洋理工大學(xué)教授魏磊提出，在熱拉纖維成型的過(guò)程中應(yīng)用直接壓印的工藝，可實(shí)現(xiàn)具有微納結(jié)構(gòu)表面的功能纖維的大規(guī)模制備。