成果简介
性能卓越的可穿戴压力传感器在柔性电子、运动检测、医疗保健生物监测等领域具有广泛的应用潜力。然而，如何同时实现高灵敏度、宽传感范围、优异的机械稳定性、快速响应/恢复以及先进的特性，仍然是一项严峻的挑战。本文，青岛大学曹明惠 副教授在《ACS Appl. Electron. Mater》期刊发表名为“Nanostructured ZIF-8 to Activate Bacteriostatic and Ultrasensitivity of Graphene-Based Piezoresistive Sensors for Intelligent Recognition”的论文，研究利用还原氧化石墨烯（rGO）、唑基咪唑酸框架-8（ZIF-8）和聚氨酯（PU）海绵，建立了一种具有高灵敏度、宽传感范围和快速响应的三维柔性可穿戴压阻传感器。
这种 rGO-ZIF-8@PU混合传感器具有超高灵敏度（243.24 kPa-1）、宽检测范围（0-200 kPa）、快速响应/恢复时间（70 ms/80 ms）、出色的重复性（超过 5000 次）和令人满意的灵敏度保持率（90%）。此外，该传感器还具有出色的抑菌性和透气性，为可穿戴设备的舒适性和健康提供了极大的便利。此外，强大的多目标物体识别能力也赋予了传感器更先进的使命，这对帮助盲人生活大有裨益。这款出色的三维压阻传感器在下一代电子皮肤、医疗保健和人工智能领域有着广阔的应用前景。
图文导读
图1.3D rGO-ZIF-8@PU 可穿戴压力传感器的结构图和应用演示。
图2.rGO-ZIF-8@PU 压力传感器的传感性能。
图3.（a） 传感器阵列的逻辑框图。（b） 3 × 3 传感器阵列示意图。（C-E）当笔、砝码和扳手分别放置在传感器阵列上时，电阻信号映射。（f） 传感器的工作机构。
图4. Inhibition-zone method to compare the antibacterial activities of rGO, ZIF-8, and rGO-ZIF-8 against (a) S. aureus and (b) B. subtilis on plates. (c) Schematic diagram of the antimicrobial properties. A photograph of the skin after wearing the sensor for (d) 12 h and (e) 24 h. (f) A photograph of the skin covered with nothing. (g) Schematic illustration of water vapor transmittance tests. (h) Mass variation curves of residual water in the bottles exhibiting breathability of different materials.
图5. Object recognition application. (a) Data collection process of five fruits and four materials. (b) Data recognition process. (c) Waveforms of four materials and (d) confusion matrix of the above four materials recognition. (e) Waveform of five fruits and (f) confusion matrix of the above five fruits recognition.
小结
综上所述，本文通过溶热和滴涂的简单方法，用 rGO、ZIF-8 和聚氨酯制造出了一种三维柔性可穿戴传感器。聚氨酯海绵提供了三维结构，而纳米结构的 ZIF-8 则激活了传感器的超灵敏度，并确保其具有出色的抗菌活性。在 rGO 和 ZIF-8 的协同作用下，获得的可穿戴压力传感器具有传感范围广（0-200 kPa）、响应/恢复时间快（70 ms/80 ms）、灵敏度高（243.24 kPa-1）、重现性好（5000 次）、灵敏度保持率高（约90%）、透气性好、抗菌性强等特点，足以满足日常活动检测的需要。除了能感知微小的人体活动（包括脉搏、呼吸和声音）和较大的人体运动（包括按压、扭转和屈膝）外，这款三维传感器还具有出色的物体识别能力，对视力受损的病人有很大帮助。该传感器的卓越性能和多模态智能应用为新一代可穿戴电子设备和人工智能的发展奠定了基础。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaelm.4c02304
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