成果简介
柔性电子器件，尤其是可穿戴压阻传感器，因其在医疗诊断、人机交互和运动监测方面的潜在应用而备受研究关注。然而，如何制造出具有出色传感性能、透气性和生命周期结束后可降解性的压阻传感器，仍然是一项亟待解决的挑战，也是一项高要求。本文，兰州大学韩卫华 副教授 团队在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Flexible and Breathable Piezoresistive Sensors Based on Reduced Graphene Oxide/Silk Fiber/Carbon Cloth Composites for Health Monitoring”的论文，研究制备了具有透气性和可降解性的高性能压阻传感器。这些传感器以还原氧化石墨烯/蚕丝纤维（rGO/SFs）为传感材料，以碳布（CC）为间电极。
利用 rGO/SFs 复合材料和 CC 的多孔结构，rGO/SFs/CC 传感器具有检测限低（1 Pa）、响应范围广（超过 500 kPa）、灵敏度高、响应速度快（92 ms）和恢复时间短（26 ms）等特点。此外，即使在经历了 10,000 次加载-卸载循环后，它仍能保持出色的机电可靠性。此外，这些传感器还表现出其他有利特性，包括透气性、可降解性、对各种变形（压缩、扭曲和弯曲）的超强检测能力，以及在不同加载频率和温度下的超强稳定性。该传感器成功地用于实时监测和识别全尺寸人体运动。
图文导读
图1.压阻式传感器的制造工艺及其透气性和可处理性示意图
图2.基于rGO/SF的传感材料的表征
图3.电极形貌和传感层数对传感性能的影响。
图4.采用单层传感材料的压阻式传感器的机电性能。
图5.压阻式传感器的耐久性和稳定性测试
图6.监测人体生理活动。
小结
综上所述，作者成功开发了以rGO/SFs为传感材料，CC为指间电极的高性能压阻式传感器。这些传感器具有出色的灵敏度和宽的应力响应范围，灵敏度值为 22.9 kPa–1低压，3.14 kPa–1适用于中压和 0.45 kPa–1用于高压。此外，这些传感器还具有透气性、可治疗性、低检测限 （1 Pa）、快速响应 （92 ms）/恢复时间 （26 ms） 以及出色的耐用性和稳定性。它们可以检测各种外部刺激，包括按压、弯曲和扭曲。利用其令人印象深刻的传感能力，这些压阻式传感器可有效监测一系列人体生理信号，例如关节弯曲、脉搏和发音，涵盖人体皮肤的大部分传感能力。我们还探索了基于多层导电rGO/SF的压阻式传感器，通过调整层数来提供可调传感性能。凭借其具有成本效益的材料和简单的制造工艺，这些传感器在集成到各种商业电子监控设备中显示出巨大的前景。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00286
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