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「石墨与生活」可穿戴的石墨烯触觉传感器最新

发表时间:2018-09-27 09:15

石墨烯具有良好的导电性和纳米挠性,因此,只需要在石墨烯触觉传感器上施加微应力变形,就会导致电阻的急剧变化。正是这种优良的压阻效应,使石墨烯成为检测可穿戴设备中,触觉信号装置的理想传感元件。

石墨烯具有良好的导电性和纳米挠性,因此,只需要在石墨烯触觉传感器上施加微应力变形,就会导致电阻的急剧变化。正是这种优良的压阻效应,使石墨烯成为检测可穿戴设备中,触觉信号装置的理想传感元件。

作为一种常见的触觉传感器,基于石墨烯制备的压阻式触觉传感器,具有检测范围宽、功耗低、易于组装和信号读取等显著优点,得以广泛应用,并在前沿应用中显示出巨大的潜力,如可穿戴电子皮肤和人机界面。

 

图1. 基于石墨烯的编织物(左)和基于石墨烯的传感器在人体的应用

为了获得基于石墨烯的具有高性能的触觉传感器,在过去的几年中,科研人员已经设计了各种器件结构,例如:一维光纤基、基于二维平面的、基于三维海绵的触觉传感器。最近,华东师范大学褚君浩研发出了一种具有典型的压阻效应、基于Go/RGO混合结构的柔性压力传感器,该传感器表现出了超快动态检测和不依赖于频率的电阻传感能力。然而,与基于复合材料的传感器相比,其在低压区的灵敏度较低。因此,为了提高基于石墨烯的触觉传感器的传感性能,科研人员一直在尝试设计更优化的传感器器件结构。例如,褚君浩团队报道了将RGO纳米片包裹在聚偏氟乙烯上,从而制备平面压阻式触觉传感器。科研人员利用(P(VDF-TrFE))纳米纤维形成均匀的导电网络(如图1所示),工作原理可解释为,外部压力会导致压缩膜的压缩,并在RGO/P(VDFTrFE)网络上产生更多的传导路径,从而可使器件的电阻降低。当施加的压力被去除时,接触点恢复到原来的状态,器件电阻增加。在非常低的压力下(低于60帕)和高压下(20kPa以上),柔性触觉传感器表现出较高的灵敏度。如图2B所示,触觉触觉传感器具有检测羽毛和米粒等超轻物体的能力,而且灵敏度高、响应时间快,并且能够实时监测腕部脉冲和语音识别,在健康监测和人机交互中的应用中具有很大的潜力。