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首页 > 石墨烯新闻 > :分子-石墨烯杂化材料构筑高灵敏压力传感器
:分子-石墨烯杂化材料构筑高灵敏压力传感器
编辑: 时间: 2022-02-03

原标题:Adv. Mater.:分子-石墨烯杂化材料结构高灵敏压力传感器

   

最近,法国斯特拉斯堡大学Artur Ciesielski和Paolo Samorì商业氧化石墨烯等研究人员(GO)以环氧开环反应共价接枝有机分子链为原料,经后续化学还原制备高性能导电还原氧化石墨烯(rGO)。该化学改性rGO结构中的柔性分子链结构赋予材料优异的压缩性,显著提高了其对压力变化的敏感性。基于导电活性材料的千层蛋糕结构压力传感器具有优异的灵敏度(0.82 kPa-1)在柔性电子皮肤器件中具有应用潜力。

   

最近,法国斯特拉斯堡大学Artur Ciesielski和Paolo Samorì商业氧化石墨烯等研究人员(GO)以环氧开环反应共价接枝有机分子链为原料,经后续化学还原制备高性能导电还原氧化石墨烯(rGO)。该化学改性rGO结构中的柔性分子链结构赋予材料优异的压缩性,显著提高了其对压力变化的敏感性。基于导电活性材料的千层蛋糕结构压力传感器具有优异的灵敏度(0.82 kPa-1)在柔性电子皮肤器件中具有应用潜力。

   

   

GO表面化学修饰及压力传感器工作原理示意图。图片来源:Adv. Mater.

   

研究人员选择三甘醇胺三甘醇胺(R1)、1-辛胺(R2)和4-氨基联苯(R3)三种氨基功能分子具有相似的分子链长度和不同的柔性GO石墨烯片层两侧分布有表面接枝改性的有机分子侧链(上图)a)。通过喷涂技术还原的化学修饰GO/乙醇溶液沉积到基底,产生多层结构高导电石墨烯膜材料。

   

   

喷涂制备rGO-R1-3多层膜。图片来源:Adv. Mater.

   

基于rGO表面接枝分子链的柔性不同,使得所得化学修饰rGO膜材料具有不同的压力敏感性。随着有机分子链柔性的增加,从0 到0.6 kPa设备在低压试验范围内的灵敏度逐渐提高(rGO-R3:0.32 kPa-1,rGO-R2:0.47 kPa-1,rGO-R1:0.82 kPa-1)。随后的手指动态压力和弯曲试验表明,这些传感器对动态压力也有很好的快速响应;其中rGO-R1器件其响应和恢复时间分别仅为24 ms和10 ms,比传统的rGO压力传感器件快3-5倍。最低压力感应试验表明,其压力监测最低为7 Pa(≈70 mg)。同时,该传感器件具有卓越的性能稳定性,3 kPa压力 ** 2000多次循环试验后,设备性能稳定。

   

   

   

压力传感器件压敏性能测试。图片来源:Adv. Mater.

   

基于设备灵敏度高、响应快、压力监测范围广,传感器件在监测人体运动、脉搏、呼吸等生理活动方面具有优异的实用性。同时,不同压力变化空间分布信息的监测可以通过设计设备阵列进一步实现(3D ** pping)。

   

   

   

实际应用性能测试压力传感器件。图片来源:Adv. Mater.

   

该论文通过石墨烯片层表面接枝柔性柱状有机分子,在保证rGO在高导电性的同时,显著提高了其压力敏感性。多层结构改性基于喷涂自组装制备rGO以膜材料为导电组分的传感器件显示出高灵敏度和超低压监测极限(7 Pa)与优异的性能稳定性相比。同时,与以往报告的研究结果相比,压力传感器件的施工方法具有制备成本低、工艺简单、操作电压低(0.2 V)独特优势。

   

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