最近，研究人员在《科学报告》（Scientific Reports）上发表了一篇文章，对银涂层激光诱导石墨烯（LIG）应变传感器的开发和性能评估进行了全面研究。该研究旨在利用石墨烯的独特性能和银纳米粒子的导电优势，解决传统应变传感器的局限性。研究结果表明，银涂层传感器的性能优于无涂层传感器，有望在未来的各个领域实现商业化。
背景
应变传感器在结构健康监测、机器人和生物医学设备等众多应用中至关重要。传统传感器通常面临灵敏度、线性度和可靠性方面的挑战，尤其是在测量小应变时。
激光诱导石墨烯技术的出现为制造灵活、高灵敏度的传感器开辟了新途径。激光诱导石墨烯是通过激光刻划聚酰亚胺等碳基材料而产生的，从而形成具有优异电性能的多孔石墨烯结构。然而，为了进一步提高这些传感器的性能，人们正在探索将银纳米粒子等导电材料集成到传感器中。
众所周知，银具有高导电性和生物兼容性，是改善应变传感器电动性能的理想候选材料。本研究探讨了银涂层 LIG 传感器的制造工艺、表征和性能，为其潜在应用提供了深入见解。
当前研究
银涂层 LIG 传感器的制造涉及几个关键步骤。首先，制备聚酰亚胺薄膜作为合成 LIG 的基底。
使用 GCC LaserPro C180 II 设备对薄膜进行激光处理，有效地将聚酰亚胺转化为石墨烯。
对激光参数（包括功率、速度和分辨率）进行了优化，以确保石墨烯的均匀形成。合成 LIG 后，采用溅射镀膜工艺将银纳米粒子沉积到石墨烯表面。
镀膜使用 Desk Sputter Coater DSR1 真空沉积系统进行，镀膜时间为 300 秒，该时间可在不改变石墨烯结构完整性的情况下实现完全覆盖。
然后，利用拉曼光谱、扫描电子显微镜 (SEM) 和能量色散 X 射线光谱 (EDS) 等各种技术对由此产生的银涂层 LIG 传感器进行了表征，以确认银的成功集成和石墨烯结构的质量。为了评估银涂层和无涂层传感器在 5%-70%应变范围内的性能，还进行了电动测试，重点是传感器的灵敏度、线性度和滞后。
结果与讨论
结果表明，涂银 LIG 传感器在灵敏度和可靠性方面明显优于未涂银的传感器。银涂层传感器的量规因子（量化传感器的灵敏度）介于 17.7 到 26.7 之间，表明它们甚至能够检测到微小的应变变化。
相比之下，无涂层传感器的灵敏度较低，这凸显了银涂层的优势。研究还发现，银纳米粒子增强了压阻效应，使传感器能够捕捉到与血压脉冲相关的细微波动。
尽管传感器的量程较小，但其动态范围得到了有效保持，从而能够对较低的应变进行精确测量。银涂层传感器测量结果的一致性尤其值得注意，因为它显示了多次测试的高度可靠性。传感器的线性行为、低滞后性和稳定性进一步支持了其在监测生理信号方面的实际应用潜力。
包括拉曼光谱在内的表征测试证实了石墨烯的成功合成以及银纳米粒子在 LIG 表面的存在。拉曼光谱中观察到的 G 波段表明了石墨烯的质量，而银的分布则通过扫描电镜和 EDS 进行了分析，显示出均匀的涂层。银纳米粒子与石墨烯基体之间的相互作用增强了传感器的整体性能，使其适用于对精确应变测量至关重要的动态应用。
结论
总之，这项研究成功地展示了银涂层 LIG 应变传感器的制造和性能评估，与未涂层传感器相比，其灵敏度和可靠性都得到了提高。
银纳米粒子的集成大大改善了传感器的电动特性，使其能够检测到微小的应变变化，这对于生物医学监测和其他领域的应用至关重要。
这项研究强调了银涂层 LIG 传感器未来商业化的潜力，因为这种传感器具有显著的性能特点，包括高灵敏度、低滞后和出色的稳定性。
随着对先进传感技术的需求不断增长，这项研究的发现为进一步探索和开发能够应对现代应用挑战的创新传感器解决方案铺平了道路。LIG 技术与银涂层的成功结合代表了应变传感技术的重大进步，对各行各业都具有广阔的前景。
文献信息
Abedheydari F., Sadeghzadeh S., et al. (2024). Silver-decorated laser-induced graphene for a linear, sensitive, and almost hysteresis-free piezoresistive strain sensor. Scientific Reports 14, 28715. DOI: 10.1038/s41598-024-80158-y,
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