柔性壓力傳感器必須具有高靈敏度和大工作范圍。然而，靈敏度與工作范圍之間存在著不可調和的矛盾。在此，我們制造了柔性壓力傳感器，其靈敏度和工作范圍可以定制設計。該傳感器是將棉花縫制的海綿浸泡在石墨烯墨水中制成的，其靈敏度和工作范圍可以自由調節(jié)。根據海綿密度和縫制方法的不同，得到的傳感器可能會表現出不同的特點:有的靈敏度高(可達4.44 kPa
-1)，有的工作范圍大(可達50 kPa)，有的為線性，但它們都具有良好的柔韌性和出色的穩(wěn)定性。這些傳感器在行走檢測、腕部脈搏檢測和紙鋼琴等方面表現出優(yōu)異的性能。傳感器的靈活多變的性能以及低成本和可擴展的制造使其在可穿戴電子設備中具有競爭力。
圖1. (a)本工作設計的石墨烯柔性壓力傳感器的靈敏度-壓力曲線。(b)本工作與其他報告中壓力傳感器的比較。
圖2. (a)石墨烯的原子力顯微鏡(AFM)圖像。(b)壓力傳感器測試系統示意圖。
圖3. (a)棉縫海綿柔性石墨烯壓力傳感器制作工藝示意圖。(b)制作過程照片:用棉花、GCS和石墨烯壓力傳感器縫制的海綿。(c)涂覆石墨烯的棉織物的掃描電鏡(SEM)圖像。
圖4. (a)正交坐標系下的壓力傳感器。(b)從棉花上摘下來的棉線。(c)沿海綿厚度取的無限小的元素。(d)不同縫紉線間距下的理論相對阻力-壓力曲線。
圖5. (a)縫紉線間距示意圖。(b)海綿壓力傳感器的相對阻力-壓力曲線。
圖6. (a) (d)低海綿密度，(b) (e)中等海綿密度，(c) (f)高海綿密度下縫紉線之間不同距離的相對阻力-壓力曲線。
圖7. 不同密度海綿在縫線間距為(a) 6mm， (b) 4mm， (c)2mm處的相對阻力-壓力曲線。(d) Pll、(e) Pmm、(f) Phs的可靠性測試。
圖8. (a)附著在鞋底的石墨烯壓力傳感器。(b)行走檢測示意圖。(c)行走檢測實驗結果。(d)戴在手腕上的石墨烯壓力傳感器。(e)手腕脈搏檢測示意圖。(f)腕部脈搏檢測實驗結果。
圖9. (a)由壓力傳感器制成的紙鋼琴。(b)紙鋼琴的測試。
相關研究成果由北京航空航天大學、粉體技術研究開發(fā)北京市重點實驗室Kai Li等人于2023年發(fā)表在Sensors and Actuators: A. Physical (https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114266)上。原文：Flexible graphene pressure sensor based on sponge sewn with cotton。
轉自《石墨烯研究》公眾號
