清華微納電子系任天令教授團隊在石墨烯紙基壓力傳感器研究取得重要進展

發(fā)表于：2017-08-25  作者：qingqingyuan  關(guān)注度：146

清華新聞網(wǎng)8月24日電 8月11日，清華大學(xué)微納電子系任天令教授團隊在《美國化學(xué)學(xué)會·納米》（ACS Nano）上發(fā)表了題為《用于動作探測的石墨烯紙基壓力傳感器》（“Graphene-Paper Pressure Sensor for Detecting Human Motions”）的研究論文，實現(xiàn)了石墨烯紙壓力傳感器靈敏度的進一步提升，此項成果對于柔性智能可穿戴傳感器的發(fā)展具有重大意義。

柔性力學(xué)器件近些年來受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。相比傳統(tǒng)硬質(zhì)基底器件，柔性力學(xué)器件在不犧牲性能的基礎(chǔ)上，大大提升了器件的可變形性，從而使其能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的應(yīng)用場景，尤其適合可穿戴應(yīng)用。石墨烯材料自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，被廣泛應(yīng)用于柔性力學(xué)器件中，這得益于其獨特的電學(xué)、力學(xué)等特性，石墨烯力學(xué)器件具有很高的靈敏度。然而，現(xiàn)有石墨烯力學(xué)傳感器面臨諸多問題，存在制備工藝復(fù)雜、重復(fù)性與一致性較差、良品率低等缺點，距離實際應(yīng)用仍有較大距離。 

石墨烯紙基壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。該器件能夠有效探測脈搏、呼吸等生理參數(shù)。

任天令教授團隊創(chuàng)新性地提出了石墨烯紙基壓力傳感器的新方法，可通過熱還原手段，將多層混合的氧化石墨烯溶液與紙材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬邮┘?。利用石墨烯紙層間的空氣通道以及紙材料獨特的微孔結(jié)構(gòu)，使石墨烯紙在壓力作用下，阻值發(fā)生顯著變化，從而大幅度提高了對壓力的探測靈敏度。通過選取適當?shù)氖┘堫愋秃图埖膶訑?shù)，還可以進一步提升壓力傳感器的靈敏度。該器件在可穿戴應(yīng)用方面可以實現(xiàn)脈搏、呼吸以及多種運動狀態(tài)的精確檢測。此外，這一新型石墨烯紙基器件還具有環(huán)保、低成本、高柔性等突出優(yōu)點。

近年來，任天令教授致力于研究突破傳統(tǒng)器件的局限性，為新一代微納電子器件技術(shù)奠定基礎(chǔ)，尤其關(guān)注石墨烯傳感器的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索，在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類傳感器件方面獲得了多項重要創(chuàng)新成果，如柔性石墨烯發(fā)聲器件、智能石墨烯人工喉、新型石墨烯阻變存儲器、光譜可調(diào)的石墨烯發(fā)光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調(diào)石墨烯應(yīng)力傳感器等，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進材料》（Advanced Materials）、《納米快訊》（Nano Letters）、《美國化學(xué)學(xué)會·納米》（ACS Nano）等知名學(xué)術(shù)期刊上。

清華大學(xué)微納電子系博士畢業(yè)生陶璐琪是文章第一作者，清華大學(xué)微納電子系任天令教授和楊軼副教授是論文的通訊作者。該研究成果得到了國家自然基金重點項目和科技部項目的支持。

論文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02826

供稿：微電子和納電子學(xué)系 編輯：華山
 

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