米乐m6官方网站（AIST）柔性电子研究中心（所长：Toshihide Kamata）印刷电子器件团队的吉田学（组长）、上村诚（高级研究员）和野岛大树（AIST 博士后研究员）通过将导电纤维形成弹簧形状，开发了一种高弹性形状的导电线以实现高弹性设备。

研究人员还使用了通过赋予导电短纤维高取向性并将其图案化而制成的高弹性取向短纤维电极。然后利用电容的变化制作了电容式压力传感器。使用高弹性弹簧状导线形成许多这种压力传感器的矩阵，并制造高弹性压力传感器片。压力传感器矩阵片非常耐用，即使在拉伸和折叠时也不易破损，并且具有柔韧性。因此，传感器片可以贴合人体和其他表面。新开发的高弹性导电线被认为在各种高弹性传感器片中具有潜在的应用。预计将有助于实现舒适可靠的可穿戴设备以及心率和血流传感器等医疗保健设备。

该技术的详细信息将在将于 2015 年 3 月 4-5 日在德国慕尼黑举行的第七届国际印刷电子工业展览会和会议 (LOPEC 2015) 以及将于 2015 年 3 月 11-14 日在东海大学湘南校区（神奈川县平冢市）举行的第 62 届 JSAP 春季会议上公布。

使用新开发的高弹性和耐用导电线的拉伸电极

可穿戴在人体上的设备最近受到越来越多的关注。此类可穿戴设备预计将特别用于医疗保健领域。例如，研究人员正在研究用于日常健康管理的设备，例如长期心率监测和身体运动传感。由于可穿戴设备必须贴合人体的曲面和其他表面，因此要求它们具有高弹性和足够的耐用性，以承受反复的拉伸和弯曲。为了实现高弹性可穿戴设备，人们已经开发了多种弹性医疗线，但拉伸过程中电阻值发生了相当大的变化（即，当拉伸率为200%时，电阻值变化100倍或更多）。而当这种线用作传感器等的信号线时，它们只能拉伸约20-30%。此外，用作传统传感器片信号线的扁平电缆不太耐弯曲，仅能承受约 10,000 次 10 毫米弯曲半径的重复（折叠时电缆会断裂）。

因此，为了实现既舒适又高度可靠的可穿戴设备，有必要开发高弹性和耐用的导电线以及使用这种导线的传感器片。

AIST一直在进行大面积柔性电子器件以及可自由成形的电子器件的研究和开发。其目标是开发专注于基于印刷的制造工艺的技术。迄今为止开发的技术包括全印刷存储阵列、射频标签、蒸腾量传感器和大面积压力传感器。最近，我们特别致力于开发适合人体和其他曲面的大面积柔性设备。

将导电纤维在高弹性树脂片材上形成弹簧形状，以开发高弹性导电线。这种导线具有非常稳定的电性能。即使拉伸到正常尺寸的三倍以上（相当于拉伸率200%以上），或者折叠超过20万次（弯曲半径01毫米以下），电阻值的变化也仅为约12倍。图 1 (A) 是用作 LED 布线的导线的照片。如果在拉伸过程中布线电阻变化较大，LED灯的亮度也会发生较大变化。然而，使用新开发的弹簧状导线，即使拉伸 200% 或更多，LED 亮度也几乎没有变化。这表明拉伸过程中电阻值的变化很小。此外，当普通的弹性导线被拉伸并允许其收缩时，电阻发生松弛并且需要时间直到电阻值稳定。另一方面，所开发的导电线具有更稳定的性能。拉伸和收缩过程中电阻的变化较小，电阻值稳定所需的时间也较短。这使得它可用作传感器等的信号布线（图 1 (B)）。

图1：高弹性弹簧状导线及其电性能 (A)使用高弹性弹簧状导线作为LED配线时的LED亮度(拉伸率200％以上) (B) 当导线从0%重复拉伸至200%时电阻值的变化

因为可穿戴设备必须能够制造成任何形状，所以也必须能够将高弹性电极形成任何图案。本研究开发了一种方法，通过赋予导电短纤维高取向性，然后对其进行图案化，形成高弹性电极（图2）。由于可以使用所开发的方法形成大面积电极，因此可以制造如图3所示的高弹性电容器。由于电容器具有柔性，因此可以用作电容式压力传感器，检测由于压力变化等机械变化而引起的电容变化。

图2：定向短纤维电极 连接到 LED 的高弹性定向短纤维电极，并拉伸至其正常长度的两倍（左） 高弹性树脂片材上定向导电短纤维的显微照片（右）

图3：由定向短纤维电极制成的装置 高弹性定向短纤维电极制成的电容器结构（左） 电容与施加到传感器的压力之间的关系（右）

迄今为止，大多数压力传感器矩阵片都是柔性的，但没有弹性。因此，研究人员使用开发的高弹性定向短纤维电极形成了电容式压力传感器矩阵。通过使用高弹性弹簧状导线作为信号线，制作出兼具高弹性和高弯曲耐久性的传感器矩阵片（图4）。即使在拉伸至200%并以小于01毫米的弯曲半径折叠20万次后，该传感器片也能提供稳定的操作。这些弹性和耐用性符合实际使用的规格。甚至可以在恶劣的条件下使用。例如，传感器片可以放置在鞋内，它可以承受穿着者的体重数小时并反复变形。因此，它可以用作测量鞋底压力分布的传感器。

图4：使用高弹性弹簧状线和高弹性定向短纤维电极的鞋底压力传感器片

研究人员将开发高效的生产工艺，以便该技术能够以工业规模生产。他们还将利用开发的传感器矩阵表进行日常健康管理系统、老年护理监控系统等的总体设计。