清华任天令教授团队在石墨烯纸基压力传感器研究取得重要进展

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柔性力学器件近些年来受到了学术界和产业界的广泛关注。相比传统硬质基底器件，柔性力学器件在不牺牲性能的基础上，大大提升了器件的可变形性，从而使其能够适应更为复杂的应用场景，尤其适合可穿戴应用。石墨烯材料自2004年被发现以来，被广泛应用于柔性力学器件中，这得益于其独特的电学、力学等特性，石墨烯力学器件具有很高的灵敏度。然而，现有石墨烯力学传感器面临诸多问题，存在制备工艺复杂、重复性与一致性较差、良品率低等缺点，距离实际应用仍有较大距离。 

8月11日，清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）上发表了题为《用于动作探测的石墨烯纸基压力传感器》（“Graphene-Paper Pressure Sensor for Detecting Human Motions”）的研究论文，实现了石墨烯纸压力传感器灵敏度的进一步提升，此项成果对于柔性智能可穿戴传感器的发展具有重大意义。

石墨烯纸基压力传感器结构示意图。该器件能够有效探测脉搏、呼吸等生理参数。

任天令教授团队创新性地提出了石墨烯纸基压力传感器的新方法，可通过热还原手段，将多层混合的氧化石墨烯溶液与纸材料转变为多层石墨烯纸。利用石墨烯纸层间的空气通道以及纸材料独特的微孔结构，使石墨烯纸在压力作用下，阻值发生显著变化，从而大幅度提高了对压力的探测灵敏度。通过选取适当的石墨烯纸类型和纸的层数，还可以进一步提升压力传感器的灵敏度。该器件在可穿戴应用方面可以实现脉搏、呼吸以及多种运动状态的精确检测。此外，这一新型石墨烯纸基器件还具有环保、低成本、高柔性等突出优点。

近年来，任天令教授致力于研究突破传统器件的局限性，为新一代微纳电子器件技术奠定基础，尤其关注石墨烯传感器的基础研究与应用探索，在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面获得了多项重要创新成果，如柔性石墨烯发声器件、智能石墨烯人工喉、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器等，相关成果发表在《自然·通讯》（Nature Communications）、《先进材料》（Advanced Materials）、《纳米快讯》（Nano Letters）、《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）等知名学术期刊上。

清华大学微纳电子系博士毕业生陶璐琪是文章第一作者，清华大学微纳电子系任天令教授和杨轶副教授是论文的通讯作者。该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。

论文链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02826

来源：清华大学

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