河南工学院《Mater Lett》：波浪形石墨烯网增强弹性复合薄膜，用于应变和压力传感

成果简介

基于石墨烯网格（GM）复合薄膜的高柔性、高灵敏度应变传感器已广泛应用于可穿戴电子设备。然而，GM复合薄膜的压力检测应用仍然是一个巨大的挑战。本文，河南工学院Lei Wang等研究人员在《Materials Letters》期刊发表名为“Wavy graphene mesh reinforced elastic composite films for strain and pressure sensing”的论文，研究提出了一种简便的方法来制备具有波浪形结构的石墨烯/聚二甲基硅氧烷复合薄膜，用于拉伸应变和垂直压力检测。该波浪形薄膜具有较宽的应变检测范围(0～20%)、较高的表计因子(4.3)和良好的可靠性。同时，它可以在0∼1000 kPa的超宽传感范围内检测垂直压力，灵敏度为2.72 kPa-1。对发声、关节弯曲、按压和行走的传感演示表明其在全身运动监测方面具有巨大潜力。

图文导读

图1、 (a)制备过程，(b)GM/PDMS-0.2的俯视图和侧视图；(d)GM的TEM图像和(e)拉曼光谱；(f)复合薄膜的厚度和导电率。

图 2. GM/PDMS-0.2的性能：（a）电阻随拉伸应变的变化；（b）不同拉伸应变下负载释放时的电阻变化；（c）20%拉伸应变下不同频率下的电阻变化；（d）10%拉伸应变下的稳定性；（e）0-1000 kPa工作范围内的灵敏度；（f）不同压力下的电阻变化；（g）电子在释放、拉伸和加压状态下沿着导电网络移动。

图3. GM/PDMS-0.2对人体活动的响应信号：（a）发声；（b）手指从0°弯曲至45°和90°；（c）手指按压；（d）行走。

小结

综上所述，制备了波浪形GM/PDMS复合膜，并将其应用于应变和压力检测传感器。该传感器的最大传感范围可达20%，GF值为4.3，具有良好的可靠性和再现性。在压力检测方面，波浪形GM/PDMS复合膜的灵敏度分别为2.72 kPa-1 (0-10 kPa)、1.39 kPa-1 (10-100 kPa)和0.66 kPa-1 (100-1000 kPa)。此外，该传感器还能检测从微小（发声）、中等（关节弯曲）到较大（行走）的各种人体运动。

文献：https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.134862