北京理工大学《ACS AMI》：使用激光诱导石墨烯技术的具有自感应能力的可拉伸传感器和电热致动器

成果简介

激光诱导石墨烯（LIG）代表了一种快速、低成本的方法，用于在具有优异电性能的复杂配置中制备可定制的石墨烯基图案。本文，北京理工大学郭晓岗 副教授在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Stretchable Sensors and Electro-Thermal Actuators with Self-Sensing Capability Using the Laser-Induced Graphene Technology”的论文，研究介绍了在商用聚酰亚胺 (PI) 薄膜上形成的LIG作为可拉伸应变传感器和电驱动致动器的应用。

首先，通过研究工艺参数的影响，系统地揭示了LIG在不同制造条件下的导电性能，并通过实验证明激光的能量密度是评估LIG形成的唯一关键参数，便于选择优化的制造参数。制备具有所需电气性能的 LIG。然后，通过将LIG从PI薄膜转移到聚二甲基硅氧烷上，制备出可以承受超过50%拉伸应变的基于LIG的应变传感器。介绍了实现预先设计的 3D 架构的各种基于 LIG 的电热致动器，以及它们的参数分析。整合万用表系统后，致动器甚至可以通过监测 LIG 的电阻变化来反馈其从 2D 前体到3D架构的转变，从而揭示我们设计作为传感器和致动器的集成能力。最后，展示了带有LIG传感器的可穿戴手套，以展示其远程控制软机器人手的能力。

图文导读

图1. 基于 LIG 的柔性电子器件的工作机理和形貌。(a) 具有自感应能力的基 LIG的致动器的示意图，以及基于 LIG 的执行器的远程控制。(b) 以特定模式制备 LIG 的示意图。(c) LIG 的拉曼光谱。(d) LIG 的 200× 和 1000× SEM 图像。

图2. 在 PI 薄膜上制造的 LIG 电阻对激光扫描参数的依赖性

图3. 基于LIG的可拉伸应变传感器的制造和表征

图4. 基于 LIG 的电热致动器的制备和演示

图5. 基于 LIG 的电热致动器的实时反馈

图6. 基于 LIG 传感器和执行器的人机交互系统

小结

综上所述，本文系统地完成了基于LIG的传感器和电热执行器的设计、制造和参数调节，以及它们在软机械手远程控制中的应用。本文提出了两个演示，包括基于 LIG 的自反馈执行器和用于远程控制软机器人的人机交互系统。值得注意的是，实时变形自感知和电热驱动的集成能力展示了基于 LIG 的驱动器作为软机器人和可穿戴电子设备的关键功能部件的优势。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.2c09973