开发基于石墨烯泡沫的柔性高灵敏度压力传感器

亮点

• 《Ultra-Thin Graphene Foam Based Flexible Piezoresistive Pressure Sensors for Robotics》之第二部分
• 压力传感器是广泛应用于汽车、医疗、工业和消费设备等多个领域的设备。
• 目前，柔性压力传感器主要基于电容、电阻和压电方法。
• 由于 Gii 等先进材料具有更强的电气性能（设备响应速度快、恢复时间短、功耗低）、机械性能（耐用性高、保形性好）以及与柔性基底的兼容性，因此被认为是一种很有前途的材料。
• 由于传感器仍处于初步制造过程中，因此需要收集和分析更多数据，以充分了解这些传感器可为各行各业带来的令人兴奋的影响。

摘要

压力传感器是广泛应用于汽车、医疗、工业和消费设备等各个领域的设备。这些应用包括超灵敏电子皮肤、触摸屏显示器、医疗诊断和健康监测[1]。为了与当前的工业传感器竞争，需要一种易于制造、可重复、高灵敏度且与温度敏感基底（塑料、织物、纸张等）兼容的新型压力传感器。

本文介绍了制作过程，并展示了使用 PDMS 作为保护层的情况。对制作的传感器进行的特性分析表明，在 1 至 50 kPa 的范围内，灵敏度为 0.0418 mV/kPa。循环测试表明，PDMS 保护层的使用提高了传感器的耐用性，使产生的电压保持稳定，经过大量按压后也没有明显下降。

简介

目前，柔性压力传感器主要采用电容式、电阻式和压电式方法。

电容式具有无需电源即可工作等优点。然而，其缺点包括非线性输出和对周围环境的敏感性。压电式传感器经久耐用，可自行供电，而电阻式压力传感器则比后者具有结构简单、坚固耐用和长期稳定等优点。

石墨烯等先进材料具有更强的电气性能（设备响应速度快、恢复时间短、功耗低）、机械性能（耐用性高、保形性好）以及与柔性基底的兼容性，因此被认为是一种前景广阔的材料。石墨烯泡沫（GF）（Gii）是一种三维（3D）高表面积纳米结构，在压力传感器的开发方面具有卓越的潜力。

目前，基于石墨烯的电阻式压力传感器在低压（<5kPa）下具有高灵敏度，可实现超灵敏检测[2]。还有研究表明，将石墨烯电极用于电容式压力传感器可提供 3.19kPa -1 的高灵敏度 [3]。

在这项工作中，我们展示了通过无催化剂方法在柔性基底上生长石墨烯而无需使用转移工艺（Integrated Graphene Ltd 专利工艺），以及一种由嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）的石墨烯组成的新型结构，该结构可用作电阻式压力传感器的活性层。石墨烯直接生长在聚酰亚胺基底上。

论文

Development of flexible and high sensitivity graphene foam based pressure sensors

https://doi.org/10.1109/CDE52135.2021.9455738