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清华任天令教授课题组在石墨烯织物应力传感器研究取得重要进展

日期:2018-08-31
    8月28日,清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会纳米》(ACS Nano)上发表了题为《用于人体运动检测的负电阻变化石墨烯织物应变传感器》(“Graphene Textile Strain Sensor with Negative Resistance Variation for Human Motion Detection”)的研究论文。该传感器呈现出一种全新的特性,显示出负电阻变化特征,传感器与衣物完美贴合,可以直接缝制在衣物上用于检测腹式呼吸速率、脉搏等。该传感器真正实现了与服装完美的集成,在生理信息检测和人体活动监测等方面有着重大的应用前景。
    近年来,柔性力学传感器在人体生理信号检测方面的应用已经日渐成为了学术界的研究热点。传统的电阻型力学传感器大多采用的是导电材料与高分子柔性衬底的结合体制备而成,虽然也具有柔性特点,但是由于高分子的不透气性,长时间与人体接触会造成不适感。
 
 
    (从左到右)人体运动检测示意图,传感器灵敏度,脉搏信号,腹式呼吸监测结果
    任天令教授团队基于高温还原石墨烯,将石墨烯与织物相结合,不需要传统的高分子聚合物进行塑封,真正实现了器件与衣物的完美融合。通过电阻变化对人体各种运动进行监测。器件经过水洗处理,依然保持较高的稳定性,石墨烯起到“染色剂”的作用,对衣物进行染色,赋予器件优异的性能。该器件在监测人体生理信号方面有着优异的性能,例如脉搏,腹式呼吸,关节运动和面部表情,还能实现对走,跑等走路姿态的监测。
    近年来,任天令教授致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索,尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件,在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面已获得了多项创新成果,如柔性石墨烯发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器、极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等相关成果,有多篇论文发表于《自然通讯》(Nature Communications)《先进材料》(Advanced Materials)《纳米快报》(Nano Letters)《美国化学学会纳米》(ACS Nano)等国际著名学术期刊。
    清华大学微纳电子系硕士生杨珍、博士生庞于为文章的共同第一作者,微纳电子系任天令教授及其团队教师杨轶副教授为论文的通讯作者,该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。(清华大学)
  论文链接:
  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b03391
 

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