清华大学《Small》：高舒适度智能多功能石墨烯纳米织物电子皮肤，具有医疗保健应用和帮助残疾人表达思想的潜力

成果简介

随着许多国家人口老龄化的加剧，用于健康监测的电子皮肤（e-skin）备受关注。但是，要实现电子皮肤的产业化，必须优化两个因素。首先是实现高舒适度，可以显着提升用户体验。二是让电子皮肤智能化，可以同时检测和分析生理信号。本文，清华大学集成电路学院任天令教授团队与东京大学Takao Someya教授（同为通讯作者）在《Small》期刊发表名为“Intelligent and Multifunctional Graphene Nanomesh Electronic Skin with High Comfort”的论文，研究使用激光直写石墨烯（LSG）和聚氨酯（PU）纳米网组成的高舒适度及多功能智能电子皮肤。

石墨烯纳米织物具有良好的可拉伸特性，因此可以用作应力传感器。在60%的形变条件下仍然能够正常工作，此外该应力传感器具有良好的应力-电阻线性响应。经过1000次拉伸循环测试，器件保持良好的稳定性。为了解释传感器工作机制，提出并联电阻网络模型并与实验结果相符合，该模型对指导织物型应力传感器设计具有重要意义。器件可以用作应力传感器用于监测呼吸、脉搏、关节运动等力学生理信号；使用激光刻蚀后可以实现低阻抗生理电极用于监测心电与脑电信号监测。通过与神经网络算法相结合，基于石墨烯电子皮肤可以通过监测脑电信号用于判断测试者的注意力情况。

图文导读

图1、LSG/PU纳米织物的特性

图2、石墨烯纳米织物电子皮肤的透气性和稳定性

图3、GNSS的电气和机械性能

图4、石墨烯纳米织物用于监测关节运动信号

图5、激光直写刻蚀工艺用于制备石墨烯纳米织物电极

图6.基于石墨烯纳米织物电极的脑电检测系统用于分析视觉激发电位

图7. 域频域拼接卷积神经网络算法以及结构优化的一维残差神经网络ResNet18结构与混淆矩阵结果

简介：

近年来，任天令教授致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索，尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件，在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面已获得了多项创新成果，如柔性石墨烯发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器等相关成果曾多次发表于《自然·电子》（Nature Electronic)、《自然·通讯》（Nature Communications)、《先进材料》(Advanced Materials)、《纳米快报》(Nano Letters)、《美国化学学会纳米》(ACS Nano)、国际电子器件大会(IEDM)等。

文献：https://doi.org/10.1002/smll.202104810