石墨烯柔性压力传感器——全新的可能性

传感技术被认为是 21 世纪科学技术发展的重要组成部分，传感技术、计算机技术和通信技术被称为现代信息产业的三大支柱，广泛应用于电子、航天航空、国防、科研等领域。现代科技朝着智能化发展，能够用来检测人体生理状况、可穿戴式健康监测设备的柔性传感器成为科研人员的目标。

智能皮肤

石墨烯因其优异的电学和力学性能成为科研的热点，近年来由于石墨烯在柔性基底材料和导电材料方面的进展和突破，使石墨烯柔性压力传感器拥有更多更优异的性能，如传感器质量更轻、使用更方便、灵敏度更高、稳定性更好等。基于这些特性，柔性压力传感器未来在智能设备、航空航天等方面有更大的发展潜力。

1、石墨烯柔性压力传感器原理

石墨烯柔性压力传感器是用石墨烯作为柔性基底材料。基底材料对于传感器而言是作为支架而存在的，同时因石墨烯优异的物理特性、晶格结构，使石墨烯基底材料具有高电子迁移率和很好的拉伸性。

石墨烯薄膜是柔性传感器的核心，生长参数的设置会影响石墨烯的质量以及层数，所以必须严格的控制石墨烯的生长参数。相较于单层的石墨烯而言，少层石墨烯的稳定更好，能够提高传感器的检测范围。因此制备少层石墨烯薄膜作为柔性传感器的敏感层。

石墨烯复合材料的压力传感器

2、柔性压力传感器的分类

柔性压力传感器一般是用柔性基底材料和敏感材料制备，敏感材料作为柔性压力传感器的核心部分，必须具有很好的导电性、柔性以及机械强度。随着材料科学和力学研究的进步，传感器的敏感材料从最初的硅到现在以碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯为主的纳米材料，因纳米材料具备很好的柔性、很高的的机械强度、良好的导电性等特性成为最炙手可热的柔性传感器敏感材料，因此石墨烯成为 21 世纪研究最广泛的纳米材料。

电阻式柔性压力传感器电阻式柔性压力传感器是将感知的压力值大小转化为电阻值或者电压值输出的器件。按照电阻式压力传感器的工作机理可以分为两类：应变式和压阻式。应变式压力传感器受力产生形变，引起电阻值发生变化。压阻式压力传感器的工作机理：传感器受到压力后敏感元件发生形变导致传感器的电阻也发生改变，再通过电桥电路将电阻的变化转换为电压信号输出。由于压阻式柔性压力传感器的的传感机制容易理解、设备简单，这类传感器得到广泛应用。

压电式柔性压力传感器压电式柔性压力传感器的工作原理是基于压电效应，压电效应是指：当电介质(压电材料)在沿着一定的方向受到外力作用而发生变形时，偶极子发生重定向从而产生内部极化现象，使得电介质的两个表面出现正负相反的电荷。压电效应包括正压电效应和负压电效应，正压电效应是指卸载压力之后，电介质恢复到不带电的状态。可以通过电流值来判断压力的大小。

电容式柔性压力传感器电容式柔性压力传感器的工作机理：传感器受压力后，电容值发生变化，传感器将电容值的变化转换为电信号输出。与电阻式柔性压力传感器和压电式柔性压力传感器相比较，电容式柔性压力传感器的检测限更低，能耗也更低。

3、小结

随着现在制备石墨烯的工艺水平越来越高，石墨烯被应用在各行各业，石墨烯基柔性压力传感器也是无缝应用的一种。 石墨烯基柔性压力传感器的研究在很大程度上加速了柔性传感器类电子产品的发展，同时在人工智能、医疗、健康等方面也充当着重要角色。目前电子皮肤、可卷曲触控显示屏、可穿戴电子器件等相关产品已经相继投入市场应用。在未来，传感器尽可能会更微型化、无源化、智能化，石墨烯柔性压力传感器也为传感技术带来发展的新机遇。