新石墨烯电子纹身启动医疗保健电子2.0

石墨烯电子纹身是用于个性化应用的医疗保健系统的独特设备。单层石墨烯电子纹身用于监测人类不同的电生理信号。尽管具有创新功能，但这些设备仍具有防汗性和再现性困难。

研究：石墨烯电子纹身2.0，具有增强的性能，透气性和坚固性。图片来源：Tex vector/Shutterstock.com

在最近发表在npj 2D材料和应用杂志上的一篇文章中，引入了石墨烯电子纹身的增强版本。此更新可穿戴在皮肤上，具有透汗性，卓越的电气性能和坚固性。虽然较旧的系统由于生长或转移相关的差异而遭受了分散的电学性质，但报道的具有石墨烯纳米卷（GNS）或多层石墨烯结构的石墨烯电子纹身显示出增强的性能。

通过堆叠不同层的石墨烯对器件进行了系统分析。堆叠在单个纹身中的石墨烯单层显着改善了电子性能。另一方面，用多层石墨烯堆叠纹身导致皮肤阻抗降低2.5倍，纸张电阻降低3.5倍，标准偏差降低5倍。

用于可穿戴生物电子学的石墨烯电子纹身

可穿戴生物电子学已在各种医疗保健领域找到了应用。因此，基于金属和硅的电子元件正在被质地更柔软且没有任何阻抗的轻质皮肤状材料缓慢而持久地取代。为此，简化生物电子工艺的操作可以使它们易于访问和可穿戴。

石墨烯电子纹身原子薄，用于可穿戴生物电子元件。

最初的设计具有大约85%的透明度，并且能够通过范德华力粘附在皮肤上。此外，电子纹身显示出约40%的拉伸性，使其易于在皮肤上应用，防止应变引起的性能伪影和运动引起的噪音。

这些石墨烯电子纹身是小规模制造的。此外，石墨烯电子纹身的薄层电阻，界面阻抗和水蒸气透过率（WVTR）等关键性能也没有得到准确优化。

因此，先前报道的石墨烯电子纹身遭受了诸如平均电子性能和比单层石墨烯电子纹身更高的阻抗以及石墨烯转移过程中引起的大裂缝或晶界和褶皱等不一致，从而降低了它们的整体性能。除了这些问题之外，单层石墨烯电子纹身缺乏再现性，导致性能分布大。

制造具有增强性能的石墨烯电子纹身2.0

在本研究中，报告了改进的多层石墨烯电子纹身，具有高效的排汗能力和优越的电性能。然后分析这些器件的生物电子和电子特性。

本研究感兴趣的主要参数是每个纹身的单层数量。由于微裂纹和缺陷以及随之而来的不完美生长，电子特性在单层石墨烯电子纹身中受到阻碍，因此多层（双层和三层）石墨烯电子纹身与单层对应物一起被创造出来。

与单层器件相比，制备的三层器件的片状电阻提高了3.5倍，界面阻抗提高了2.5倍。此外，与GNS结合的单层结构由于其增强的物理和机械性能而显示出改进的性能。

此外，以前的石墨烯电子纹身的缺点被新石墨烯电子纹身的地形结构中的微孔压花所掩盖。这些微层允许与石墨烯电子纹身增强多平面皮肤接触，为下一代混合可穿戴系统铺平了道路。

结论

总而言之，坚固耐用的多用途石墨烯电子纹身具有汗液渗透性和卓越的电气性能，被制备为不显眼且轻巧的可穿戴纹身传感器。

将GNS掺入单层石墨烯电子纹身中，由于皮肤阻抗降低，薄层电阻降低，标准偏差降低，结果再现性提高，从而改善了其性能。

更新后设备的主要缺点是由于其拓扑表面上的轻微裂缝或紊乱而导致的电子性能受损。因此，GNS或多层石墨烯纹身有助于增强其电子特性，因为形成了一个插层网络，该网络桥接了块状石墨烯层中的任何缺陷。

此外，对多层石墨烯电子纹身的广泛研究表明，它们在可穿戴电生理记录中的应用具有鲁棒性和良好的电气特性。与单层石墨烯电子纹身相比，双层石墨烯电子纹身的皮肤阻抗增强了两倍。

然而，由于三层石墨烯电子纹身的延时组装没有显着的电气性能增强，双层石墨烯电子纹身可以作为潜在的下一代石墨烯纹身，而不是三层的对应物。

参考

Kireev, D., Kampfe, J., Hall, A., Akinwande, D. (2022) Graphene electronic tattoos 2.0 with enhanced performance, breathability, and robustness. npj 2D Materials and Applications.

https://doi.org/10.1038/s41699-022-00324-6