柔性壓力傳感器必須具有高靈敏度和大工作范圍。然而，靈敏度與工作范圍之間存在著不可調(diào)和的矛盾。在此，我們制造了柔性壓力傳感器，其靈敏度和工作范圍可以定制設(shè)計(jì)。該傳感器是將棉花縫制的海綿浸泡在石墨烯墨水中制成的，其靈敏度和工作范圍可以自由調(diào)節(jié)。根據(jù)海綿密度和縫制方法的不同，得到的傳感器可能會(huì)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn):有的靈敏度高(可達(dá)4.44 kPa
-1)，有的工作范圍大(可達(dá)50 kPa)，有的為線性，但它們都具有良好的柔韌性和出色的穩(wěn)定性。這些傳感器在行走檢測(cè)、腕部脈搏檢測(cè)和紙鋼琴等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。傳感器的靈活多變的性能以及低成本和可擴(kuò)展的制造使其在可穿戴電子設(shè)備中具有競(jìng)爭(zhēng)力。
圖1. (a)本工作設(shè)計(jì)的石墨烯柔性壓力傳感器的靈敏度-壓力曲線。(b)本工作與其他報(bào)告中壓力傳感器的比較。
圖2. (a)石墨烯的原子力顯微鏡(AFM)圖像。(b)壓力傳感器測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
圖3. (a)棉縫海綿柔性石墨烯壓力傳感器制作工藝示意圖。(b)制作過程照片:用棉花、GCS和石墨烯壓力傳感器縫制的海綿。(c)涂覆石墨烯的棉織物的掃描電鏡(SEM)圖像。
圖4. (a)正交坐標(biāo)系下的壓力傳感器。(b)從棉花上摘下來的棉線。(c)沿海綿厚度取的無限小的元素。(d)不同縫紉線間距下的理論相對(duì)阻力-壓力曲線。
圖5. (a)縫紉線間距示意圖。(b)海綿壓力傳感器的相對(duì)阻力-壓力曲線。
圖6. (a) (d)低海綿密度，(b) (e)中等海綿密度，(c) (f)高海綿密度下縫紉線之間不同距離的相對(duì)阻力-壓力曲線。
圖7. 不同密度海綿在縫線間距為(a) 6mm， (b) 4mm， (c)2mm處的相對(duì)阻力-壓力曲線。(d) Pll、(e) Pmm、(f) Phs的可靠性測(cè)試。
圖8. (a)附著在鞋底的石墨烯壓力傳感器。(b)行走檢測(cè)示意圖。(c)行走檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(d)戴在手腕上的石墨烯壓力傳感器。(e)手腕脈搏檢測(cè)示意圖。(f)腕部脈搏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖9. (a)由壓力傳感器制成的紙鋼琴。(b)紙鋼琴的測(cè)試。
相關(guān)研究成果由北京航空航天大學(xué)、粉體技術(shù)研究開發(fā)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Kai Li等人于2023年發(fā)表在Sensors and Actuators: A. Physical (https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114266)上。原文：Flexible graphene pressure sensor based on sponge sewn with cotton。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
