清華在石墨烯紙基壓力傳感器研究取得重要進(jìn)展

　　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(huì )·納米》(ACS Nano)上發(fā)表了題為《用于動(dòng)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(shí)現了石墨烯紙壓力傳感器靈敏度的進(jìn)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(lái)受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。相比傳統硬質(zhì)基底器件，柔性力學(xué)器件在不犧牲性能的基礎上，大大提升了器件的可變形性，從而使其能夠適應更為復雜的應用場(chǎng)景，尤其適合可穿戴應用。石墨烯材料自2004年被發(fā)現以來(lái)，被廣泛應用于柔性力學(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，現有石墨烯力學(xué)傳感器面臨諸多問(wèn)題，存在制備工藝復雜、重復性與一致性較差、良品率低等缺點(diǎn)，距離實(shí)際應用仍有較大距離。

　　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(guò)熱還原手段，將多層混合的氧化石墨烯溶液與紙材料轉變?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構，使石墨烯紙在壓力作用下，阻值發(fā)生顯著(zhù)變化，從而大幅度提高了對壓力的探測靈敏度。通過(guò)選取適當的石墨烯紙類(lèi)型和紙的層數，還可以進(jìn)一步提升壓力傳感器的靈敏度。該器件在可穿戴應用方面可以實(shí)現脈搏、呼吸以及多種運動(dòng)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(diǎn)。

　　近年來(lái)，任天令教授致力于研究突破傳統器件的局限性，為新一代微納電子器件技術(shù)奠定基礎，尤其關(guān)注石墨烯傳感器的基礎研究與應用探索，在新型石墨烯聲學(xué)器件和各類(lèi)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、光譜可調的石墨烯發(fā)光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調石墨烯應力傳感器等，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》(Nature Communications)、《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)、《納米快訊》(Nano Letters)、《美國化學(xué)學(xué)會(huì )·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(diǎn)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