北京石墨烯技术研究所等《JMCC》：嵌入式打印石墨烯海绵传感器，用于睡眠监测

成果简介

睡眠障碍已成为一个普遍的全球性问题，影响着人们的身心健康。持续和实时的睡眠监测对于提高睡眠质量和预防与睡眠相关的健康问题至关重要。本文，北京石墨烯技术研究所/北京航空材料研究院/西安交通大学黄占东-特聘研究员《JMCC》期刊发表“Embedded printing of graphene sponge sensors for sleep monitoring”论文，研究提出了一种利用直写印刷技术在海绵上嵌入三维石墨烯导电网络图案（GCNP）来开发睡眠监测传感器的方法。

GCNP 海绵的制造包括在亲水性多孔三聚氰胺海绵上精确组装和图案化氧化石墨烯（GO），确保制造过程环保且可定制。该工艺可使印刷的 GO 渗入海绵内部结构，通过氢键和自组装形成强大的三维互连导电网络。由此产生的 GCNP 海绵具有令人满意的柔软度（模量 = 36.2 kPa）、灵敏度（206.85 kPa-1）和出色的稳定性（可承受 2500 次压缩循环）。利用 GCNP 海绵制成的压力传感器能够监测睡眠姿势和呼吸行为，为提高睡眠质量和解决睡眠相关疾病提供了潜力。这项工作为开发舒适、灵敏和稳定的睡眠监测传感器展示了一种前景广阔且经济高效的方法。

图文导读

图1、 通过嵌入式印刷制备和图案化GCNP海绵

图2、 GCNP的直接写入打印工艺和形态

图3 、不同GO浓度制备的GCNP海绵的微观形貌

图4、 GCNP 海绵的机械性能（含 3 mg mL−1GO浓度）

图5、 GCNP海绵制造的压力传感器的性能

图6、 GCNP海绵传感器在睡眠监测中的应用

图7、GCNP海绵传感器在睡眠呼吸监测中的应用

小结

本工作通过嵌入式印刷制备了一种柔软性好、抗疲劳性好、灵敏度高的GCNP海绵传感器。通过研究不同的打印条件，GO在海绵上的嵌入组装被调制，从而构建了复杂的电路图案。GCNP海绵的嵌入式印刷保留了海绵的多孔性，使其能够承受较大的变形和反复压缩，表现出优异的抗压性和抗疲劳性。以亲水性多孔海绵为模板，将打印的GO油墨形成具有三维互连的嵌入式导电结构，显著提高了GCNP海绵传感器的灵敏度，使其能够监测微小的压力变化。获得的传感器具有舒适性、稳定性和压力敏感性，可以很容易地集成到枕头中，以实时监测睡眠姿势和睡眠呼吸过程。传感器阵列可以通过打印轻松制备，从而可以同时监测多维压力变化。此外，传感器可以集成到枕头中，实现对睡眠姿势和睡眠呼吸过程的实时监测，进一步推动睡眠医学和健康管理的发展。

文献：https://doi.org/10.1039/D4TC01223B