可穿戴传感器在人体运动监测、健康管理与智能人机交互等领域展现出广阔前景，但在汗液、雨滴、高湿等复杂环境工况下，传感性能易受水分子侵蚀而衰退，长期稳定性与可靠性难以保障。赋予传感器超疏水特性是提升其环境耐受性的有效途径，然而兼具超疏水稳定性与高灵敏双模传感功能的一体化设计仍面临挑战。激光诱导石墨烯（LIG）因其多孔导电网络、可图案化加工与基底兼容性，已成为柔性可穿戴传感器的优选材料，但单一LIG传感器的响应模式有限，且其本征疏水性不足以满足超疏水要求。本文，鲁东大学陈雪叶教授 等在《ACS Applied Electronic Materials》期刊发表名为”Superhydrophobic Wearable Dual-Mode Sensor Based on Laser-Induced Graphene Composites and Hierarchical Sensing Mechanism”的论文，研究基于激光诱导石墨烯复合材料与分级传感机制，构建了兼具超疏水特性与双模传感能力的可穿戴传感器，实现了复杂环境下的稳定多模态信号检测。
该策略以激光诱导石墨烯（LIG）为导电传感核心，通过复合材料设计与微纳结构工程构建分级多孔网络，使传感器具备对不同机械刺激（如应变、压力）的差异化响应能力，从而实现双模传感与信号解耦。同时，通过表面微纳粗糙度调控与低表面能修饰赋予LIG复合材料超疏水特性（水接触角>150°），使传感器在汗液、雨滴、高湿等环境下保持自清洁与抗腐蚀能力，避免水分子对传感性能的干扰。所得超疏水双模传感器在[待补充]的应变/压力范围内展现出[待补充]的高灵敏度（gauge factor/灵敏度系数）与[待补充]的快速响应时间，并在复杂液体环境下保持稳定的传感输出。该工作通过LIG复合材料工程与分级传感机制设计，将超疏水环境耐受性与双模高灵敏传感协同集成，为可穿戴电子在复杂工况下的可靠应用提供了新范式。
Figure 1. Schematic overview of the full fabrication process for the LIG-based flexible sensor. (A) Schematic illustration of the LIG fabrication process. (B) Schematic illustration of the 3D-printed functional mold for hydrogel molding. (C) Schematic illustration of the fabrication process of the custom-shaped hydrogel. (D) Schematic illustration of the interfacial adhesion process between the hydrogel and LIG. (E) Schematic illustration of the fabrication process of the waterproof encapsulation layer for the as-prepared sensor.
为应对可穿戴传感器在环境干扰抑制、压力检测范围及工艺复杂性方面的挑战，我们创新性地提出了一种粘合复合工艺和分层传感机制。具体而言，利用丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶的高粘度特性，使其直接粘附于LIG层，从而避免了传统转印工艺对多孔结构造成的损伤（孔隙率保留率>95%）。结合3D打印的微凸起水凝胶层 （高度：700 μm）与LIG层的“三明治”结构设计相结合，实现了分级压力传感——微小压力（1–5 N）由水凝胶独立响应，而较大压力（5–50 N）则通过水凝胶与LIG层内部微孔及条带间隙的压缩，由两者协同检测。与此同时，创新性地提出了一种超疏水界面稳定化策略：基于水凝胶粘性锚定原理的 SiO₂ 纳米颗粒涂覆方法，成功构建了接触角达 151° 的超疏水界面。这显著提升了传感器的抗汗液干扰能力，为体育和医疗场景中的稳定监测提供了保障。此外，还建立了一种可扩展的低成本制造工艺：整个过程无需复杂的化学改性或精密光刻技术，仅通过激光直接写入、3D打印和物理涂覆即可完成器件制备，将单位成本降至传统传感器的30%。这一高效经济的策略为大规模生产奠定了坚实基础。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaelm.6c00549
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