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- 上海硅酸鹽所在柔性石墨烯纖維傳感器方面取得進展
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/11/3
柔性可穿戴傳感器主要致力于感應和監(jiān)測各種人體活動，在運動感應、個人健康監(jiān)測、智能機器人和人機交互方面都有著廣泛的應用。傳統(tǒng)的應變傳感器，如基于金屬箔以及半導體的傳感器，由于不具有很好的柔性以及可探測范圍很�。�<5%），所以無法應用于柔性可穿戴傳感器。一些納米材料由于具有很好的機械柔性以及導電性，開始被應用于各式柔性的應變傳感器，如碳納米管、石墨烯和金屬納米線。盡管取得了一些進展，但現(xiàn)今仍然存在兩個主要的問題：一是難以同時獲得高的靈敏性和大的感應范圍；另一個是當前的柔性傳感器大多功能單一，例如只能感應拉伸應變，無法同時感應彎曲、扭轉(zhuǎn)等其他變形，因此不適用于對復雜而精細的人體活動的感應。
近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領(lǐng)的科研團隊成功地制備了基于石墨烯材料的高靈敏度柔性纖維傳感器，在柔性可穿戴感應領(lǐng)域尤其是可穿戴式人體生理活動監(jiān)測方面具有廣闊的應用前景。該工作發(fā)表于期刊advancedmaterials，已申請中國發(fā)明專利一項。
該團隊設(shè)計了一種類似于壓縮彈簧的特殊纖維結(jié)構(gòu)，并利用石墨烯作為敏感導電材料，制備了一種可以感應拉伸、彎曲以及扭轉(zhuǎn)變形的柔性纖維傳感器。
這種纖維傳感器的拉伸應變檢測范圍高達100%，感應靈敏度可達0.2%。同時還具有極其優(yōu)異的對彎曲形變以及扭轉(zhuǎn)形變的有效感應（圖2）。對彎曲角度的檢測范圍高達90度，感應靈敏度達到2度。對于順時針及逆時針方向的扭轉(zhuǎn)變形，該纖維傳感器也可以進行區(qū)分以及扭轉(zhuǎn)程度的感應。
在進一步的可穿戴應用中，該團隊利用這種柔性傳感器的優(yōu)異性能實現(xiàn)了對多種人體生理活動的實時監(jiān)測，如人體奔跑、步行、跳躍等劇烈運動狀態(tài)，以及心跳、脈搏等生理活動的實時感應和反饋。值得一提的是，這種石墨烯纖維傳感器的制備方法簡單易行，成本低廉，且易于量產(chǎn)，有著極大的市場前景。
此項工作一經(jīng)發(fā)表便引起國際關(guān)注，materialsviews在近期的科技新聞中做了專題報道。
該項工作得到了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學基金委、上海市自然科學基金委和中科院上海硅酸鹽所創(chuàng)新項目的資助。
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