清华大学仿生石墨烯压力传感器研究取得重要进展

近日，清华大学微电子系任天令教授团队在《美国化学学会·纳米》（ACSNano）上公开发表了为题《仿生针刺随机产于结构的高灵敏度和长线性范围石墨烯压力传感器》（EpidermisMicrostructureInspiredGraphenePressureSensorwithRandomDistributedSpinosumforHighSensitivityandLargeLinearity）的研究成果，由人体皮肤感官微结构抵达明确提出相近的仿生结构，通过微结构和分布模式的融合解决问题了灵敏度和线性范围之间的对立，为力学器件性能的综合提高获取了一种全新的思路。近年来，柔性力学微纳传感器特别是在人体生理信息监测和检测方面沦为学术界的研究热点，同时也有大量涉及产业公司陆续正式成立。比起于传统的硅基器件，由于具备舒适性、契合性和可穿着性等方面的特点而普遍应用于人体物理和化学活动的监测，但作为力学器件的两个最重要指标灵敏度和线性度之间的对立仍然没能获得很好的解决问题。

一般来说制取出有的器件都必须以壮烈牺牲一个指标而为提高另一个指标服务，这往往容许了其实际应用于的范围，解决问题这一对立成研究难题。（从上到下，从左到右）皮肤的微结构示意图，皮肤微结构和仿生结构照片，线性度和灵敏度与前人工作性能对比，腕部脉搏和排便监测结果任天令其课题组基于人体皮肤，尤其是指尖对于有所不同大小形变的高灵敏号召特点，根据对其微结构的研究明确提出了相近结构的制取。通过砂纸作为模板倒模成型柔性的基底，利用水解石墨烯在高温下还原成后作为力学脆弱层，制取出有具备针刺形貌和随机产于的压力传感器。

该传感器展现出出有出色的稳定性、较慢号召和较低观测无限大，构建了在更加长线性测量范围的高灵敏度。其中针刺结构之间认识面积变异主要贡献出高的灵敏度，随机产于主要贡献长的线性范围，通过两者融合在相当大程度上解决问题了这一对对立。正是由于该传感器低的灵敏度和长线性范围，课题组顺利了应用于对人体各种生理活动的监测，例如脉搏、排便和声音辨识，还构建对回头、跑完、跳跃等走路姿态的监控，以及对走路步态的监测。

利用可穿着的高性能力学传感器对人体各种生理活动参数的提供将不会在个人身体健康和医疗方面具备最重要的实际意义，具备根本性的应用于前景。该研究成果获得了国家大自然基金重点项目和科技部项目的反对。

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