重庆大学李剑、黄正勇课题组《Nano Energy》：面向自供电测控系统的激光诱导石墨烯（LIG）压力传感器和摩擦纳米发电机

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随着物联网技术的迅速发展，压力传感器近年来受到广泛关注，并且在可穿戴设备、智能皮肤和人机交互等领域发挥着重要作用。然而高性能的压力传感器通常需要复杂、高成本的制备工艺。其次，当前的传感基底往往是对环境有一定危害的。更糟糕的是压力传感器主要由外接电池供电，这无法满足传感终端超长待机和便携的需求。因此，开发一种环保、低成本、高灵敏度的自供电压力传感器仍然是一个关键性的挑战。

近期，重庆大学李剑、黄正勇课题组通过简单、低成本的工艺制备了一种激光诱导石墨烯（LIG）电极的还原氧化石墨烯（rGO）布基压力传感器。其中LIG的多孔微结构可以提高布基压力传感器的灵敏度。该压力传感器的性能高、成本低，并具有环保性，可以检测微弱的动态身体信号和微小的静力差异。此外，结合该团队先前研究成果，构建了由布基压力传感器和LIG电极摩擦纳米发电机（TENG）组成的自供电测控系统。由此说明rGO布基传感器在自供电可穿戴设备、智能皮肤和人机交互方面具有一定的应用潜力。

图1. LIG电极的rGO布基压力传感器制备过程

图2. LIG电极的rGO布基压力传感器的应用

(a) 压力传感器在不同压力下的响应。(b-d) 压力传感器对微弱动态身体信号的响应。(e) 压力传感器的语音识别效果以及深度学习结果。

图3. 自供电测控系统

(a) 自供电测控系统示意图。(b) 自供电测控系统在不同情况（轻触、轻物、重物）的响应。

本文提出的LIG电极的rGO布基压力传感器制备工艺简单且成本低。LIG电极不仅有助于提高压力传感器的灵敏度（从20.6 kPa^-1到30.3 kPa^-1），而且还提高了TENG的转移电荷密度（从160 µC/m²到270 µC/m²）。鉴于这些优势，构建了由基于LIG的压力传感器和TENG组成的高性能自供电测控系统，其在自供电可穿戴设备、智能皮肤和人机交互领域展现出了巨大的应用潜力。该工作以“Laser-induced graphene (LIG)-based pressure sensor and triboelectric nanogenerator towards high-performance self-powered measurement-control combined system”为题发表在《Nano Energy》期刊上。论文由重庆大学2020级博士夏圣垣和2020级硕士龙云峰为共同第一作者，黄正勇副教授和李剑教授为共同通讯作者。该研究也得到了国家重点研发计划项目《物联网智能感知终端平台系统与应用验证》的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107099

团队介绍：

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本文作者团队来自于重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，团队面向输变电装备智能化和安全稳定运行，持续开展了输变电设备绝缘在线监测的新型传感器及电气设备状态评估、微纳能源收集技术、高性能天然酯绝缘油、高导热材料、超疏水涂层等方向的基础理论与关键技术研究，近年来主持并完成了多项国家级、省部级以及电网企业的科研项目。

团队导师介绍：

李剑，教授、博士生导师，重庆大学副校长，输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室主任，国家杰出青年科学基金获得者，教育部新（跨）世纪人才，重庆市巴渝学者特聘教授，国家重点研发计划首席科学家，《IEEE Trans. DEI》副编辑，《高电压技术》编委，IEEE-DEIS理事，IEEE-CEIDP理事，CIGRE工作组委员。长期从事输变电设备智能化与电工绝缘新材料研究，涉及智能传感技术、环保与纳米液体电介质及应用、超疏水纳米电绝缘材料、热电-摩擦电取能材料及器件、输变电设备局部放电等研究方向。作为项目负责人主持了国家重点研发计划1项，国家973项目课题两项、国家863主题项目课题1项、国家自然科学基金4项、省部级科研项目7项和多项重大横向课题。获部国家科学技术奖二等奖2项、省级科学技术一等奖3项、二等奖3项。

黄正勇，副教授，博士生导师，主要从事高性能绝缘材料和能源转换材料及器件的研制及应用，主持国家自然科学基金青年科学基金项目1项，中国博士后特别资助项目1项，重庆市重点产业研发计划项目1项，参与了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学面上项目各1项，同时主持了横向课题10余项。在Advanced Science、Applied Physics Letters、Nano Energy、IEEE Trans. DEI、Applied Surface Science等期刊发表SCI收录论文30余篇。研究成果获得2017年度重庆市科技进步奖1项，IWAIS2017最佳论文奖1项，2019年高压年会优秀论文奖，重庆大学记大功1次。

作者介绍：

夏圣垣，2020级博士研究生，研究生兼职辅导员，曾获博士研究生国家奖学金、全国高压电力设备绝缘会议优秀论文、重庆大学优秀研究生分会主席等个人荣誉。以第一作者/学生第一作者发表SCI论文4篇，授权发明专利1项，负责重庆市研究生科研创新项目1项。

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