傳感器的精準一直是可穿戴設備發(fā)展的一項關(guān)鍵因素,最早業(yè)界預測蘋(píng)果iWatch將是醫療級的產(chǎn)品,顯然目前智能手表仍未達到醫療級別。事實(shí)上,可穿戴設備采集的數據能否做為醫療診斷的依據,首當其沖有賴(lài)于傳感器。
被定義為第二代創(chuàng )新型拉伸傳感器目前正在開(kāi)發(fā)之中,StretchSense(新西蘭)、丹麥技術(shù)公司LEAP均采用瓦克開(kāi)發(fā)的ELASTOSIL Film進(jìn)行這類(lèi)新型傳感器的研發(fā)。LEAP首批樣品已經(jīng)進(jìn)入測試階段。
瓦克工程有機硅部門(mén)汪九山介紹說(shuō),該類(lèi)傳感器的核心部件是介電電活性聚合物(簡(jiǎn)稱(chēng):dEAP) , LEAP技術(shù)公司使用瓦克集團ELASTOSIL柔性有機硅薄膜生產(chǎn)該聚合物。極薄的精確膜位于兩個(gè)導電電極層之間,該電極由混有煤灰的瓦克有機硅制成。三個(gè)層共同構成柔性電容,可吸收并儲存電荷。如果硅膠電容發(fā)生彎折或變形,則電容也將隨之變化。 通過(guò)探測微弱的電容變化,實(shí)現傳感器收集人體活動(dòng)信息的目的。這樣,醫生就可觀(guān)察患者的健康狀況,理療師也可據此信息更正姿勢。
擁有介電屬性的有機硅彈性體是一種電活性聚合物,在特定條件下,其可對電刺激做出反應。 例如,將彈性體作為絕緣層置于兩個(gè)電極層之間時(shí),只要施加電壓,彈性體的外形便會(huì )發(fā)生變化。這一特性使有機硅材料對電活性技術(shù)的發(fā)展有格外特殊的意義。
如上圖所示,如果將有機硅薄膜分別鍍著(zhù)在柔性導電材料的上下表面,則可形成一種可變形電容:在直流電壓下,電極之間互相吸引并擠壓柔性材料。彈性體層變薄,同時(shí)在平面方向延展,從而使電容整體上變得平坦、寬幅變大。在未施加電壓的情況下,柔性材料又將恢復其原有的形狀。變形過(guò)程安靜無(wú)聲并可重復任意次。此外,變形電容還有其他技術(shù)優(yōu)勢。例如,在執行器中可直接控制小幅度動(dòng)作,可利用該特點(diǎn)制造精確高效的工作泵、繼電器、人造肌肉、抓取工具或音響設備。如果將數百個(gè)有機硅薄膜電容層疊起來(lái)(堆棧),甚至可以通過(guò)其運動(dòng)產(chǎn)生電能。 在一項德國聯(lián)邦政府扶植的創(chuàng )新項目中,德國博世公司與瓦克集團已成功研發(fā)出一套可以將海浪勢能轉化為電能的新設備。
可穿戴傳感器促進(jìn)了消費電子、醫療技術(shù)和醫療保健領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展。有了傳感器技術(shù),適用于人機界面、軟機器人技術(shù)、機器人控制、虛擬現實(shí)、互動(dòng)游戲和康復的運動(dòng)捕捉服裝和傳感器手套將成為現實(shí)。首批采用瓦克有機硅薄膜的可穿戴傳感器將于2017年面世??梢哉f(shuō),新型可穿戴傳感器將使得可穿戴設備更具實(shí)用價(jià)值。
瓦克有機硅薄膜成分為100%有機硅材料。同其他硅橡膠一樣,具有耐高溫、抗紫外線(xiàn)等特性,即使在低溫條件下仍能保持柔性和化學(xué)惰性。另外,其以下特型也對工業(yè)領(lǐng)域有寶貴的價(jià)值:
•介電性:有機硅是優(yōu)秀的絕緣材料,特別適合電容生產(chǎn)。 •柔性材質(zhì):有機硅薄膜不僅具有極高的彈性、而且不會(huì )松弛。測試證明,ELASTOSIL® 薄膜在1000萬(wàn)次壓力承重循環(huán)后仍未出現絲毫材料疲勞。有機硅材質(zhì)的EAP傳感器極為堅固,使用多年后仍質(zhì)量可靠。 •透氣性:有機硅薄膜防水,而水蒸汽和某些氣體卻可穿過(guò)薄膜。其透氣屬性具有氣體選擇性:二氧化碳、氧氣和水蒸汽通過(guò)有機硅材料的速度快于氮氣。因此,可將ELASTOSIL® 薄膜作為氣體分離膜使用,例如分離二氧化碳。
有機硅薄膜將會(huì )有更多類(lèi)應用,例如變形電容電子領(lǐng)域。專(zhuān)家預計,未來(lái)幾年內使用介電電活性彈性體的繼電器、開(kāi)關(guān)和閥門(mén)將成為市場(chǎng)主導。在未來(lái)汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域,EAP設備將全面取代電子伺服電動(dòng)機。有朝一日,變形電容技術(shù)還可用于開(kāi)發(fā)新的技術(shù),例如能使盲人閱讀的可變形觸摸屏。理論上,還可能為風(fēng)力發(fā)電機配備自適應式轉子葉片,使其能夠根據風(fēng)況自動(dòng)調整。又或者飛機機翼,能夠按飛行情況調整外形。
工業(yè)領(lǐng)域,變形電容技術(shù)可能在未來(lái)取代液壓式海浪發(fā)電機。有機硅薄膜柔性、堅固和使用壽命長(cháng)等優(yōu)勢將大幅降低發(fā)電機成本。首款配備 ELASTOSIL® 薄膜的測試產(chǎn)品已開(kāi)始進(jìn)行檢測。此外還有醫療保健,SILPURAN® 有機硅薄膜具有透氣性強、生物兼容性和易于滅菌等特性。因此,其極為適合制造傷口柔性墊帶,用于人體活動(dòng)部位的傷口愈合。