石墨烯基可穿戴纖維傳感器取得進展

可穿戴應力應變傳感器可用于收集人體重要信號和人機交互，實際應用對傳感器的穿戴舒適度、重量、可靠性和穩定性的要求很高。將傳感器集成到傳統纖維中，利用其可直接編織到衣物的優勢實現對人體局部形變的準確捕捉，是可穿戴傳感器件小型化和集成化的重要思路。

石墨烯高分子復合纖維具有質量輕、信號噪聲低、能耗低等優點，可用于電阻型應變傳感器。對于感知心臟跳動、脈博和眨眼等人體局部微小形變，其應變在010%范圍，需要傳感器件在發生形變時結構和電阻變化大，即高靈敏度，從而實現對信號的精確捕捉和對不同動作狀態的準確辨析。

近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所丁古巧研究員課題組提出通過結構化設計減少石墨烯與高分子接觸面積來提高靈敏度。他們利用石墨烯/聚偏氟乙烯/聚氨酯DMF體系在水相的相分離過程，制備了高分子納米球修飾的石墨烯多孔網絡纖維，這種結構大幅增強了該纖維在發生形變時石墨烯片層之間的結構變化，從而實現石墨烯基纖維靈敏度的顯著提高。其靈敏度因子值在05%應變時為51，在5%8%應變時達到87，通過編織集成，他們進一步驗證了該纖維在人體重要信號收集的準確性和對不同動作狀態分析的可行性。同時，這種新型石墨烯基纖維傳感器最低形變檢測限達到0.01%，較好的應變—電阻線性關系可保證在信號后處理上的準確性，超過6000次的循環壽命有利于實際應用的穩定性。

將此纖維編織進紗布并作為眼罩，可實時監測眼球的轉動等信息，未來可用于眼疾病人的監測和睡眠監測；將該纖維集成到創口貼中，貼到手腕處，能夠識別手腕脈搏表現出的不同信號；該纖維也可編入手套，對手的彎曲程度進行感應，準確把控傳遞出的的動作信號。小球結構的存在，賦予了該纖維比普通纖維更高的靈敏度，體現了石墨烯基應變傳感器件在智慧醫療、可穿戴設備等領域的應用潛力。