基于紡織品的傳感器已經成為一種很有前途的技術，可以實現低負擔、個性化和活體生物識別。然而，目前的紡織品傳感器通常缺乏多模式或多位置傳感能力，難以大規模制造，并且無法無縫集成到紡織品讀出系統中。我們報道了用于多參數生物識別監測的紡織品集成激光誘導石墨烯（LIG）傳感器。LIG傳感器設計有針對不同刺激的定制模式─此處演示的應變、濕度和溫度─并且通過控制圖案幾何形狀和LIG轉換期間使用的激光功率來表現出可調諧的靈敏度。這些傳感器對電阻變化高度敏感，對刺激反應迅速（<5s），并在至少1000個周期內表現出顯著的穩定性。最后，這種傳感器與磁性超材料一起合成，并與紡織品上的柔性近場通信系統無縫耦合。這使得完全集成的“智能”服裝能夠無電池、無線監測跨體指標。這樣的協議代表了一種直接、可訪問的策略，用于將多個傳感器和網絡元件直接結合到用于高級人體測量的按需紡織品中。
圖1.激光誘導石墨烯圖案織物傳感器。（a） 在暴露于CO
2激光器下的PI到LIG光熱轉換的描述。（b） 基于LIG的多功能織物傳感器與織物集成超材料共同集成，用于跨體聯網的示意圖。（c） 激光曝光前PI膜和成功PI轉換后LIG的拉曼光譜。（d） 在不同的激光功率下，從PI膜轉換的LIG樣品的電阻。（e） 三種不同激光功率值（比例尺=100μm）下LIG樣品的表面形態。
圖2.LIG應變傳感器的特性。(A)阻力隨時間的變化，表現出穩定性和敏感性。(B)電阻隨時間的變化，描述頻率靈敏度。(C)電阻與應變圖的變化，描繪了傳感器靈敏度(標尺=1厘米)。(D)測量LIG應變傳感器在1000個循環內的重復性。
圖3.LIG應變傳感器在運動跟蹤中的應用。（a–c）屈曲（a）、伸展（b）和尺骨偏斜（c）的手腕運動波形。（d–i）屈曲（d）、伸展（e）、伸展和仰臥（f）、隨著屈曲率增加而屈曲（g）、伸展與手腕仰臥（h）的肘部運動波形，以及包含部分重復的二頭肌卷曲類似物（i）。
圖4.LIG濕度和溫度傳感器的特性。（a） 水蒸氣滲透到多孔LIG中會引起電阻變化。（b） 電阻隨相對濕度的變化。（c） LIG濕度傳感器在暴露于大刺激和（d）小刺激時的動態響應。（e） 由溫度變化引起的LIG結構內原子的運動性。（f） 校準圖和（g）基于LIG的溫度傳感器在生理溫度范圍內的動態響應。（h） LIG溫度傳感器在與人體接觸和從人體移除時的動態響應。（所有比例尺=5 mm）。
圖5.通過基于LIG的“智能”無電池服裝進行多節點姿勢監測。（a） 諧振器和紡織LIG傳感器的制造和集成示意圖。（b） 在肩膀、肘部和手腕上安裝LIG應變傳感器，連接到NFC集線器，并通過紡織品集成波導進行無線通信。（c） 人類受試者的運動產生（d）傳感器數據，顯示手腕、肘部和肩部的順序彎曲，然后同時彎曲所有三個關節。
相關研究成果由加利福尼亞大學Peter Tseng等人2022年發表在ACS Applied Nano Materials (鏈接: https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03582)上。
原文：Laser-Induced Graphene-Based Smart Textiles for Wireless Cross-Body Metrics
轉自《石墨烯研究》公眾號
