北京大学《Adv Mater》：硬磁石墨烯纳米复合材料在多模态、可重构软电子学中的应用

成果简介

软电子设备为持续监测人体的各种生物物理和生物化学信号提供了有效手段。然而，这类传感器的灵敏度、功能、空间分布和许多其他特性在部署后仍然固定不变，无法按需调整。本文， 北京大学韩梦迪等研究人员在《Adv Mater》期刊发表名为“Hard Magnetic Graphene Nanocomposite for Multimodal, Reconfigurable Soft Electronics”的论文，研究利用激光诱导的多孔石墨烯作为传感材料，并在其中掺入永磁粒子，制造出硬磁性石墨烯纳米复合材料（HMGN），它可以通过磁力自组装到柔性承载基板上，具有可逆性和可重构性。

HMGN 中的一组软电子器件在测量电生理信号、温度和代谢物浓度方面表现出更强的性能。所有这些柔性HMGN传感器都可以在任何位置以任何空间布局附着在承载基板上，从而实现可定制灵敏度、模式和空间覆盖范围的可穿戴传感。HMGN 是一种很有前途的材料，可用于构建可重新配置的软电子器件，以满足各种应用的需要。

图文导读

图1、HMGN的制备与表征

图2、HMGN用于增强的多模态传感

图3、HMGN用于可逆、自对准电气互连

图4。磁辅助互连的各种传感器的性能。

图5。用于可重构软电子的HMGN

小结

总之，我们开发了 HMGN 作为材料，用于构建一系列软电子器件，这些器件可以可逆和自对准的方式组装到承载基板上。与多孔石墨烯制成的传感器相比，HMGN 的传感模块显示出明显的增强效果。具体来说，UA 和 VB6 传感器的灵敏度提高了约 1.7 倍，这主要是由于磁性颗粒促进了电子转移；电生理传感电极（如心电图）的阻抗降低了约 1.5 倍，这主要是由于磁性颗粒促进了电子转移。温度传感器的灵敏度提高了 3.6 倍，这得益于掺杂钕铁硼颗粒的内部电子运动和温度波动引起的磁畴无序排列。

此外，磁化强度或掺杂钕铁硼磁性颗粒比例的变化可以调节两层 HMGN 薄膜之间的界面粘附力。（1）由 HMGN 形成的电气互连可在 200 个周期内进行可逆组装和拆卸，电气性能衰减小于 4%；（2）具有自对准连接能力，精确度约为 96.5%；（3）通过在 HMGN 中引入 Ag 片，实现了低接触电阻（1.56 Ω）；以及（4）赋予软传感系统可重新配置的灵敏度、分布和模式。进一步的机遇在于扩大 HMGN 的传感模式，以针对更多样化的生物物理和生物化学条件；改进自对准互连，以协助大面积组装小规模器件；以及开发完全集成的可重构软电子器件，包括前端传感模块和用于无线操作的后端电路模块。

文献：https://doi.org/10.1002/adma.202308575