北航：一种依据缝制多层防滑布的高灵敏度柔性石墨烯压力传感器

  高灵敏度和可扩展的制造工艺关于柔性压力传感器的使用至关重要。但是，要进步压力传感器的灵敏度，制造流程与工艺必然会变得更杂乱。本文，北京航空航天大学张晓静 副研讨员、南京航空航天大学易敏 教授等研讨人员在《Sensors and Actuators A: Physical》 期刊宣布名为“A flexible graphene pressure sensor with high sensitivity based on sewn multi-layer anti-slip cloth”的论文，研讨经过将缝合的多层防滑布浸泡在石墨烯油墨中，制造出了具有高灵敏度的柔性石墨烯压力传感器。

  因为使用了市售的防滑布和石墨烯油墨，无需额定的化学复原剂，因而大大简化了制造的进程。依据理论剖析和试验测验，经过改动层数和颗粒数，找到了灵敏层的最佳结构。凭仗防滑布上的半球形颗粒和结构设计，压力传感器显现出了高可靠性、超卓的灵敏度（高达 0.40 kPa-1）和较大的工作范围（0-20 kPa）。该压力传感器还能检测人的活动，如声响、握力、手腕脉息、呼吸等。

  图1.（a）流体力学发生的石墨烯的原子力显微镜（AFM）图画。（b） 检测体系示意图。

  图2.（a）依据防滑布的柔性石墨烯压力传感器制备工艺示意图。（b） 防滑布的形象。（c） 缝制多层防滑布。（d） 涂有石墨烯的防滑布。（e） 柔性压力传感器。（f）防滑布的SEM图画。

  图3.依据（a）两层防滑布和（c）三层防滑布的压力传感器在受力前后结构改动。依据（b）两层防滑布和（d）三层防滑布的压力传感器的等效电路图。（e） 粒子间极限间隔示意图。

  图4. (a) 依据颗粒较少的两层防滑布、颗粒较少的三层防滑布和颗粒较多的两层防滑布的压力传感器的相对阻力-压力曲线。(b) 选用相同制造程序制造的十种不同压力传感器的功能差异曲线。(c) 压力传感器的重复性测验。(d) 压力传感器的可靠性测验。

  图5. 依据石墨烯的柔性压力传感器在灵敏度、工作范围（a）和弛豫时间（b）方面的比照。

  图6. (a) 声响检测的试验成果。(b) 装置在喉部杰出部位的柔性压力传感器。(c) 声响检测示意图。(d) 电子皮肤的试验成果。(e) 电子皮肤上的试验。

  图7. (a) 手腕脉息检测的试验成果。(b) 装置在手腕上的柔性压力传感器。(c) 手腕脉息检测示意图。(d) 呼吸检测的试验成果。(e) 呼吸检测验验。

  总归，经过将多层防滑布缝合在一起，然后将防滑布浸泡在石墨烯油墨中，有效地制造出了具有高灵敏度的柔性压力传感器。防滑布可在市场上买到，石墨烯油墨避免了化学复原进程和环境污染，使制造具有潜在的可扩展性和低成本。与胶水比较，缝纫能够轻松又有效地将多层防滑布结合在一起，而不可能影响其柔韧性。防滑布的组合形成了一种特别的结构。因为硅胶颗粒之间的形变较大，因而灵敏度大大进步。

  此外，经过理论核算和试验验证，削减层数能够在不改动灵敏度的情况下进步柔韧性，而削减颗粒数则能大大的提高灵敏度和柔韧性。因而，颗粒较少的双层防滑布是最佳结构。因为防滑布上的硅胶颗粒和结构设计，压力传感器具有高柔韧性、超卓的可靠性和高达 0.40 kPa-1 的灵敏度，工作范围从 0 到 20 kPa。凭仗超卓的功能，该压力传感器已成功使用于语音、腕部脉息和呼吸检测以及电子皮肤制造等范畴。这种压力传感器具有可扩展、低成本、高功能等特色，为拓宽人体健康监测、可穿戴电子设备和人机交互等范畴的使用供给了一条新途径。