浙工大根據(jù)蜘蛛蓬松腿研發(fā)石墨烯氣凝膠可用于壓力傳感器

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來源：材料分析與應用

日期：2021-07-26 09:25:34

摘要：壓力傳感器作為電子皮膚、柔性和可穿戴設備的重要組成部分，通過將外部刺激轉(zhuǎn)換為易于識別的電子信號，其中靈敏度是性能的最關鍵因素之一。

壓力傳感器作為電子皮膚、柔性和可穿戴設備的重要組成部分，通過將外部刺激轉(zhuǎn)換為易于識別的電子信號，其中靈敏度是性能的最關鍵因素之一。本文，浙江工業(yè)大學吳化平教授團隊等研究人員在《ADV MATER INTERFACES》期刊 發(fā)表名為“A Highly Sensitive Graphene Aerogel Pressure Sensor Inspired by Fluffy Spider Leg”的論文，研究以蜘蛛蓬松的腿為靈感，基于具有仿生結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠膜（GAF）建立了一種高靈敏度壓力傳感器。

采用雙向冷凍技術(shù)制備了具有層狀層和層間枝晶的仿生GAF。層間特殊的絨毛狀樹枝狀結(jié)構(gòu)使 GAF 傳感器在壓力下具有優(yōu)異的性能：7.48 kPa –1的高靈敏度, 5Pa的檢測下限，31ms的超快響應時間，38 ms的恢復時間，1000多次循環(huán)后工作穩(wěn)定。這種仿生GAF壓力傳感器通過實時監(jiān)測人體脈搏和超輕物體的稱重，為柔性電子產(chǎn)品鋪平了道路。此外，該方法強調(diào)了通過模仿各種生物結(jié)構(gòu)開發(fā)高靈敏度壓力傳感器的有效途徑。

圖文導讀

圖1、仿生石墨烯氣凝膠膜 (GAF) 壓力傳感器的制造、微觀結(jié)構(gòu)和表征

圖2、仿生 GAF 壓力傳感器的性能

圖3、仿生 GAF 壓力傳感器的快速響應和循環(huán)穩(wěn)定性

圖4、壓力作用下兩種微觀結(jié)構(gòu)的有限元建模分析

圖5、仿生 GAF 傳感器的應用

小結(jié)

綜上所述，利用雙向冷凍技術(shù)研制了一種仿蜘蛛腿的仿石墨烯氣凝膠膜壓力傳感器。該傳感器可用于監(jiān)測脈沖信號和稱重超輕物體，顯示了其在柔性和可穿戴電子設備中的潛在應用。這項工作為模擬生物結(jié)構(gòu)設計高靈敏度傳感器提供了一種有效的策略。