柔性、超靈敏的可穿戴傳感器件在肌電義肢、軟機(jī)器人和人體健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用需求，使得柔性功能材料的制備/加工技術(shù)得以快速發(fā)展。其中，針對(duì)人體運(yùn)動(dòng)實(shí)施監(jiān)測(cè)的可穿戴電子設(shè)備成為當(dāng)前皮膚電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的“時(shí)髦”裝備。在功能材料方面，ZnO、BaTiO3、聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物等無(wú)機(jī)或柔性有機(jī)壓電材料，金屬或半導(dǎo)體類(lèi)壓阻式傳感材料等基于其制備過(guò)程簡(jiǎn)便、測(cè)量范圍大被廣泛的用于可穿戴傳感電子設(shè)備的制備。但是，目前多數(shù)可穿戴電子設(shè)備缺乏足夠的柔性和可拉伸性，在人體大幅度運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)方面存在極大的應(yīng)用局限性。
近日，荷蘭格羅寧根大學(xué)Ajay Giri Prakash Kottapalli教授研究團(tuán)隊(duì)以聚二甲基硅氧烷（PDMS）彈性體泡沫為多孔骨架，通過(guò)表面多次浸涂多層石墨烯（MLG）納米粒子制備了質(zhì)量超輕且具有優(yōu)異可壓縮性能的新型石墨烯-PDMS壓阻式傳感器。該新型傳感器密在0-50%的應(yīng)變范圍內(nèi)平均應(yīng)變因子為2.87-8.77，有效動(dòng)態(tài)壓力變化監(jiān)測(cè)頻率達(dá)70 Hz；36000余次循環(huán)壓縮試驗(yàn)以及100余次人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)顯示其具有卓越的性能穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)性能。
石墨烯-PDMS傳感器制備過(guò)程示意圖。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces
研究團(tuán)隊(duì)以方糖為犧牲模板制備多孔PDMS泡沫（平均孔徑386 μm），通過(guò)多次浸涂多層石墨烯納米片懸浮液和干燥處理得到石墨烯-PDMS泡沫材料。該石墨烯-PDMS多孔材料密度僅為0.305 g cm-3。SEM測(cè)試表明浸涂石墨烯納米片在PDMS孔壁呈均勻分布且構(gòu)成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
石墨烯-PDMS結(jié)構(gòu)表征。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces
在PDMS孔壁相互疊加的多層石墨烯納米片構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在壓力作用下多層石墨烯納米片相互疊加面積產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化或脫離斷路，進(jìn)而呈現(xiàn)石墨烯-PDMS體系電阻的動(dòng)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)壓力傳感檢測(cè)。
石墨烯-PDMS傳感器應(yīng)變靈敏性測(cè)試。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces
對(duì)不同靜態(tài)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變條件下石墨烯-PDMS傳感器作為柔性、可穿戴電子器件的傳感性能進(jìn)行測(cè)試：傳感器電阻變化與器件應(yīng)變呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系，5 Hz應(yīng)變頻率下在10%~50%應(yīng)變范圍內(nèi)具有靈敏的電阻變化、平均應(yīng)變因子為2.87-8.77。
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