石墨烯因其原子级厚度、优异的电学与力学性能，被认为是开发超小型、高灵敏度压力传感器的理想材料。近年来，基于悬浮石墨烯膜的压力传感器逐渐受到关注，尤其是其在柔性电子、可穿戴设备、环境监测等领域的广泛应用前景。然而，已有研究多集中于单层或特殊支撑结构下的石墨烯传感器，对不同原子层数（如单层、双层、三层）悬浮石墨烯膜在压阻式压力传感中的性能差异缺乏系统比较。尤其是在灵敏度、稳定性、重复性等关键性能指标方面，尚不清楚层数变化如何影响器件表现。因此，开展层数可控的悬浮石墨烯膜压力传感器的对比研究，对于推动高性能二维材料传感器的发展具有重要意义。
在这项研究中，研究人员设计并制备了基于悬浮单层、双层和三层石墨烯膜的纳米机电系统（NEMS）压力传感器，并系统比较了它们在灵敏度、重复性、稳定性和耐久性等方面的性能差异。实验结果表明，单层石墨烯压力传感器在20–100 kPa压力范围内具有最高的灵敏度，达到1.65 × 10⁻⁴ kPa⁻¹，其单位面积归一化灵敏度为1.67 × 10⁻⁶ kPa⁻¹ μm⁻²，优于以往报道的多数石墨烯压力传感器。相比之下，三层石墨烯传感器虽然灵敏度较低（1.98 × 10⁻⁵ kPa⁻¹），但在长时间压力保持测试中表现出更优的稳定性，其电阻漂移仅为0.02%。此外，研究还通过COMSOL仿真模拟了不同层数石墨烯膜在压力作用下的挠度、应变和压阻因子，进一步验证了实验结果。该研究不仅深化了对悬浮石墨烯膜力学行为的理解，也为未来优化二维材料压力传感器提供了实验依据和设计参考。
本研究系统比较了单层、双层和三层悬浮石墨烯膜在压阻式压力传感中的性能表现，发现单层石墨烯在灵敏度方面具有显著优势，而三层石墨烯在稳定性和耐久性方面表现更佳。该工作揭示了原子层数对石墨烯压力传感器性能的关键影响，强调了在不同应用场景中选择合适层数的重要性。研究结果为开发高灵敏度、高稳定性的二维膜压力传感器提供了理论基础和实验支持，具有推动微型化、高性能传感器发展的潜力。未来，结合结构优化与材料调控，有望进一步提升石墨烯压力传感器的综合性能，满足工业、医疗、航空航天等领域对高精度压力监测的需求。
Electromechanical Pressure Sensing of Suspended Graphene Membranes with Different Atomic Layers
https://doi.org/10.1021/acsami.5c18626
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