無線射頻接口的寬范圍柔性各向異性熱敏電阻

應用柔性、適形的大面積傳感器，可以通過表皮和植入式傳感器全面監測人體生理參數。體域網（BodyNets）便是關鍵應用之一，它可以應用柔軟、可拉伸的智能傳感材料來檢測各種人體參數。其中，溫度是最基本的測量值，也是大多數可穿戴傳感器的集成傳感參數之一。

例如，柔性溫度傳感器既可以作為獨立器件（無線系統中的分立組件），也可以作為多路復用陣列，用于監測皮膚溫度。溫度傳感器還可以與其它傳感器一起使用，例如pH或化學生物標志物傳感器，用于補償溫度交叉敏感性。

除了正溫度系數（PTC）熱敏電阻，柔性溫度傳感材料及傳感器的靈敏度相對較低，電阻溫度系數（TCR）通常低于100%?°C?1。因此，它們需要復雜的采樣電路來解決電阻的微小變化。另一方面，PTC熱敏電阻表現出非常高的靈敏度和TCR，但僅適用于非常窄的溫度范圍，通常低于10?°C。

上述溫度傳感器的另一個共同特征是它們的讀出機制。這些柔性、可拉伸溫度傳感器面向傳統的傳感、數字化、計算及無線傳輸系統。在這樣的系統中，模擬感測波形在被處理之前由模數轉換器（ADC）采樣，然后無線傳輸到智能手機等網關。從讀出電路的角度來看，PTC熱敏電阻的非線性響應導致需要開發復雜的ADC來與其連接處理。

另一方面，在檢測溫度和濕度等物理參數的低數據率傳感器中，被測量值的直接無線傳輸可以實現更普遍的無線傳感。RF感測標簽或天線，通常用于天線與其周圍環境存在明顯相互作用的應用，例如，由于土壤濕度變化或冰積聚，或使用可穿戴天線的生命體征引起的介電變化。此外，基于附加功能傳感器的RF傳感器讀出已被廣泛使用，包括2D材料、導電聚合物、無機敏感材料、集總傳感器，甚至細菌培養物。對于氣體傳感，研究表明，在?kHz頻率讀出電阻傳感器的響應可以提高其線性度和靈敏度。

然而，由當前的感測RF應用尚不清楚RF（MHz到GHz范圍）讀出是否優于在DC或接近DC頻率讀取傳感器的響應。此外，RF傳感系統中使用的大多數材料都是被改造成高靈敏度諧振器，還沒有專門針對RF傳感應用材料設計的報道。因此，盡管人們普遍認為下一代網絡（即6G及以后的網絡），將支持通過波-物質相互作用進行傳感，但以此為目的的功能材料仍有待開發。

據麥姆斯咨詢介紹，英國格拉斯哥大學（University of Glasgow）的研究人員近日報道了一種RF熱敏電阻，克服了幾十年來PTC熱敏電阻的動態范圍限制（正是這種限制阻礙了它們在傳感領域的應用），并且可以通過熱敏電阻集成天線實現直接無線讀出。這種基于碳聚合物基復合材料（PMC）的低成本有機熱敏電阻，可以實現非常高的電阻溫度系數（TCR）。并且，它們采用3D打印鑄件的可擴展成型工藝制造，使其能夠作為一種溫度控制的微波吸收器。這種大面積PMC熱敏電阻被用作諧振微波組件的襯底，而不是在低于或接近DC頻率下采樣的具有讀出電極的小型化傳感器，從而能夠在傳感器端無需數字轉換進行遠程響應讀出。

RF賦能的無線溫度傳感

材料組成和表征

熱敏電阻RFID的無電池無線讀出

總結來說，研究人員提出了一種讀取大面積柔性、可拉伸復合材料感測響應的方法，提出了一種CF/PDMS復合熱敏電阻，以及大面積模制方法，使其能夠作為包括天線和諧振器在內的RF組件的襯底。結果表明，其RF讀出使傳感器能夠在更寬的動態范圍內讀取，并實現固有的無線讀出，例如無電池RFID標簽。此外，還表明RF傳感的材料設計，優于使用諧振頻域傳感器中的傳統材料。研究人員認為，未來的敏感材料將在讀出波長相當的大表面上擴展，以實現未來的大面積無線傳感電子器件，包括無芯片傳感器以及下一代無線網絡中的直接RF傳感器調制。

審核編輯：黃飛