石墨烯在触觉传感领域的吸引力与日俱增

长期以来，科学家们一直在追寻模仿人体皮肤的诱人可能性，因为它为机器人、假肢、触觉学、触觉物联网和可穿戴设备等领域带来了巨大潜力。迄今为止，这种追求一直受挫于未能开发出既能接近皮肤中压力和力的天然感受器，又能在极低电压下工作的材料和产品。

触觉传感技术还存在一个问题，那就是它本质上是一种分布式功能，而不是单点功能，因此任何标准皮肤灵敏度的复制都必须是分布式的。基于场效应晶体管的压力传感器（FET）取得了有限的成功，因为在矩阵配置中，它们确实满足了分布式问题的要求，而且灵活性也很高，因为它们必须如此。不过，它们的工作需要相对较高的电压，这在涉及大面积触觉传感时基本上是一个致命弱点。

石墨烯是一种现代神奇材料，以其非凡的强度、柔韧性和高载流子迁移率令科学家们眼花缭乱。基于石墨烯场效应晶体管的压力传感器（GFET）不仅具有之前候选材料的所有灵敏度和灵活性，还能在极低的电压下工作，满足触觉传感的所有主要要求。

工作原理

传感设备本身由一个 GFET 组成，GFET 以扩展栅极配置连接到一个压电金属-绝缘体-金属（MIM）电容器。当对 MIM 施加压力时，会产生压电势，从而影响 GFET 沟道电流。已在 23.54-94.18 kPa 的范围内对这种制造的压力传感器进行了测试，结果灵敏度为 4.55 × 10-3 kPa-¹。由于工作电压约为 100 mV，这种压力传感器配置非常适合用于可穿戴电子设备。

最近开发的 GFET 压力传感器具有独特的结构，由单层石墨烯（透明的触觉敏感层）和该层下面的光伏电池组成，是能量自主型触觉皮肤的基础。制造出的皮肤触感非常灵敏，并表现出高度的能量自我管理能力。利用这种配置，触觉皮肤补丁与假手集成在一起，可以执行各种任务，如拿起柔软的物体和进行简单的触摸练习。

除了明显的可穿戴电子设备应用外，”电子皮肤 “还可用于制造高灵敏度机器人、截肢者以及潜在的烧伤患者。根据 GFET 压力传感器所展示的工作特性，它的工作时间有望更长，而且更加便携，而这两点正是开发成功模拟人类皮肤的材料的关键特征。随着 GFET 压力传感器的初步成功，开发人员只需完善其在上述某些行业中的应用–这是石墨烯的又一重大成功！

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