与传统的印刷电子技术不同，具身智能系统同时要求具备高电导率、固有可变形性、多模态响应能力和可扩展的可制造性，以便实现与可穿戴人机界面的无缝集成。本文，东南大学王俊嘉 教授、 Zhenliang Hu等研究人员在《Small》期刊发表题为“Shearing-Assisted Interfacial Exfoliation of Graphene Inks for Embodied Intelligence”的论文，研究报道了一种基于剪切辅助界面剥离的策略，用于大规模生产高性能石墨烯导电油墨。
所得油墨完全不含添加剂且无毒，无需使用化学还原剂或绝缘稳定剂。该墨水不仅实现了高浓度（23.1 mg/mL）和卓越的生产收率，还保留了原始的晶格结构，从而最大限度地减少了缺陷，并展现出高达1.49 × 10⁴ S/m的电导率。基于该墨水，我们制备了丝网印刷的多功能传感器，其在应变传感方面表现出192.2的应变系数（GF），并具有出色的循环稳定性。重要的是，该传感器的架构能够有效实现温度、湿度和应变模态之间的信号解耦，从而确保可靠且准确的数据采集。该传感器的实际应用价值已在多种场景中得到验证，涵盖从精确的生理监测到大范围运动追踪。本研究为下一代可穿戴电子设备和柔性机器人系统提供了一种可扩展、经济高效且高性能的材料解决方案。
图1. Schematic illustrations of graphene-based conductive ink preparation and interfacial phenomena. (a) The exfoliation mechanism of graphene ink. (b) Initial mechanical shearing step where bulk graphite is fragmented into particles. (c) Ultrasonication treatment where forces further exfoliate graphite into graphene nanosheets. (d) Vigorous shaking that constantly renews the oil-water interface to ensure complete exfoliation of all graphite nanosheets. (e) Formation of a stable Pickering emulsion stabilized solely by graphene nanosheets. (f) Final homogeneous graphene ink without any chemical dispersants. (g) Practical application of the conductive ink through screen printing technology to fabricate sensor.
综上所述，本文提出了一种剪切辅助界面剥离策略，用于制备适用于下一代嵌入式智能系统的高性能石墨烯导电墨水。该墨水不含任何有毒添加剂或化学还原剂，在保持25天长期储存稳定性的同时，实现了23.1 mg/mL的高浓度和1.49 × 10⁴ S/m的优异导电性。基于该导电墨水制备的丝网印刷多功能传感器在应变传感方面展现出192.2的高量程因子，并具备超过10 000次弯曲循环的循环稳定性。通过合理的基板和封装设计，实现了温度、湿度和应变模态之间的有效信号解耦，确保在实际应用中能够可靠地采集以应变响应为主的数据。该可扩展且经济高效的策略已在生理监测和运动追踪中成功验证，为制造用于先进柔性及印刷电子产品的高导电性石墨烯油墨提供了可行的途径。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.75299
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