成果简介
柔性传感器是用于医疗活动和人体生理监测的柔性电子产品的重要组成部分。然而，通过简单的工艺获得多功能柔性传感器仍然是一项挑战。本文，山东大学张宇 副研究员、韩琳 教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Multifunctional Flexible Sensor Based on Cracked Laser-Induced Graphene for Tactile Perception and Self-Healable Applications”的论文，研究提出了一种多功能柔性传感器，它是通过将激光诱导石墨烯（LIG）简单转移到聚二甲基硅氧烷上而实现的。在转移过程中，LIG 层上形成了均匀的微裂缝，从而实现了灵敏、稳定的柔性传感，并具有拉伸、弯曲、扭曲和按压等多重功能。对柔性传感器的性能进行了研究。实验证明，所构建的柔性传感器具有良好的性能。首次提出的 BoxLucas1 模型完美地模拟了传感机制。LIG 的多孔微结构和微裂缝实现了高性能多功能柔性传感器。所构建的传感器可监测各种人体物理振动信号和运动，证明了其在人体健康和运动监测领域的应用潜力。此外，还构建了一个带有便携式信号处理和显示系统的触摸屏，证明了该传感器在触摸屏和便携式电子产品领域的应用。此外，还展示了所构建传感器的自修复特性。
图文导读
图1. 柔性传感器的制造和表征。
图2. 柔性传感器在 (a) 拉伸、(b) 弯曲和 (c) 加压情况下的电阻变化。柔性传感器在 (d) 110% 拉伸和 (e) 360° 弯曲下的传感重复性。(f) 柔性传感器在 10 kPa 压力和不同频率下的传感情况。(g) 柔性传感器在压力下的传感响应时间。(h) 柔性传感器在 500 kPa、1/9 Hz 压力下的稳定性。
图3. 柔性传感器在 (a) 初始状态、(b) 拉伸状态、(c) 弯曲状态、(d) 扭转状态、(e) 加压状态和 (f) 恢复状态下的示意图。
图4. 人体健康和运动监测。
图5. 触觉感知应用
图6. 柔性传感器拉伸柔性和自愈测试。
小结
总之，我们通过简单的激光诱导石墨烯转移工艺开发出了一种多功能柔性传感器。在转移过程中，石墨烯层中形成了均匀稳定的微裂缝，这使得传感器在拉伸、弯曲、扭曲和加压等方面都具有良好的柔性性能，同时还具有 PDMS 层的柔性。根据 BoxLucas1 模型和实验结果提出了传感机制。柔性传感器对各种人体物理振动信号和运动进行了监测，证明了其在人体健康和运动监测领域的潜在应用。利用便携式信号处理和显示系统构建了触摸屏，证明了传感器在触摸屏和便携式电子产品领域的应用。此外，还通过点亮 LED 和自愈柔性传感器特性，展示和分析了所构建传感器的自愈特性。所开发的柔性传感器结合了便携式信号收集和处理系统，有望在可穿戴电子设备领域得到广泛应用。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c04527
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