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上海硅酸鹽所在柔性石墨烯纖維傳感器方面取得進(jìn)展
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/11/3

  柔性可穿戴傳感器主要致力于感應(yīng)和監(jiān)測各種人體活動,在運動感應(yīng)、個人健康監(jiān)測、智能機(jī)器人和人機(jī)交互方面都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器,如基于金屬箔以及半導(dǎo)體的傳感器,由于不具有很好的柔性以及可探測范圍很。<5%),所以無法應(yīng)用于柔性可穿戴傳感器。一些納米材料由于具有很好的機(jī)械柔性以及導(dǎo)電性,開始被應(yīng)用于各式柔性的應(yīng)變傳感器,如碳納米管、石墨烯和金屬納米線。盡管取得了一些進(jìn)展,但現(xiàn)今仍然存在兩個主要的問題:一是難以同時獲得高的靈敏性和大的感應(yīng)范圍;另一個是當(dāng)前的柔性傳感器大多功能單一,例如只能感應(yīng)拉伸應(yīng)變,無法同時感應(yīng)彎曲、扭轉(zhuǎn)等其他變形,因此不適用于對復(fù)雜而精細(xì)的人體活動的感應(yīng)。

  近期,中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊成功地制備了基于石墨烯材料的高靈敏度柔性纖維傳感器,在柔性可穿戴感應(yīng)領(lǐng)域尤其是可穿戴式人體生理活動監(jiān)測方面具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作發(fā)表于期刊advancedmaterials,已申請中國發(fā)明專利一項。

  該團(tuán)隊設(shè)計了一種類似于壓縮彈簧的特殊纖維結(jié)構(gòu),并利用石墨烯作為敏感導(dǎo)電材料,制備了一種可以感應(yīng)拉伸、彎曲以及扭轉(zhuǎn)變形的柔性纖維傳感器。

  這種纖維傳感器的拉伸應(yīng)變檢測范圍高達(dá)100%,感應(yīng)靈敏度可達(dá)0.2%。同時還具有極其優(yōu)異的對彎曲形變以及扭轉(zhuǎn)形變的有效感應(yīng)(圖2)。對彎曲角度的檢測范圍高達(dá)90度,感應(yīng)靈敏度達(dá)到2度。對于順時針及逆時針方向的扭轉(zhuǎn)變形,該纖維傳感器也可以進(jìn)行區(qū)分以及扭轉(zhuǎn)程度的感應(yīng)。

  在進(jìn)一步的可穿戴應(yīng)用中,該團(tuán)隊利用這種柔性傳感器的優(yōu)異性能實現(xiàn)了對多種人體生理活動的實時監(jiān)測,如人體奔跑、步行、跳躍等劇烈運動狀態(tài),以及心跳、脈搏等生理活動的實時感應(yīng)和反饋。值得一提的是,這種石墨烯纖維傳感器的制備方法簡單易行,成本低廉,且易于量產(chǎn),有著極大的市場前景。

  此項工作一經(jīng)發(fā)表便引起國際關(guān)注,materialsviews在近期的科技新聞中做了專題報道。

  該項工作得到了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金委、上海市自然科學(xué)基金委和中科院上海硅酸鹽所創(chuàng)新項目的資助。

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