儀器儀表商情網(wǎng)報道 柔性可穿戴傳感器主要致力于感應(yīng)和監(jiān)測各種人體活動，在運動感應(yīng)、個人健康監(jiān)測、智能機器人和人機交互方面都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器，如基于金屬箔以及半導體的傳感器，由于不具有很好的柔性以及可探測范圍很?。?lt;5%），所以無法應(yīng)用于柔性可穿戴傳感器。一些納米材料由于具有很好的機械柔性以及導電性，開始被應(yīng)用于各式柔性的應(yīng)變傳感器，如碳納米管、石墨烯和金屬納米線。盡管取得了一些進展，但現(xiàn)今仍然存在兩個主要的問題：一是難以同時獲得高的靈敏性和大的感應(yīng)范圍；另一個是當前的柔性傳感器大多功能單一，例如只能感應(yīng)拉伸應(yīng)變，無法同時感應(yīng)彎曲、扭轉(zhuǎn)等其他變形，因此不適用于對復雜而精細的人體活動的感應(yīng)。
近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領(lǐng)的科研團隊成功地制備了基于石墨烯材料的高靈敏度柔性纖維傳感器，在柔性可穿戴感應(yīng)領(lǐng)域尤其是可穿戴式人體生理活動監(jiān)測方面具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作發(fā)表于期刊Advanced Materials，已申請中國發(fā)明專利一項。
該團隊設(shè)計了一種類似于壓縮彈簧的特殊纖維結(jié)構(gòu)，并利用石墨烯作為敏感導電材料，制備了一種可以感應(yīng)拉伸、彎曲以及扭轉(zhuǎn)變形的柔性纖維傳感器（圖1）。
圖1 石墨烯纖維傳感器結(jié)構(gòu)圖
這種纖維傳感器的拉伸應(yīng)變檢測范圍高達100%，感應(yīng)靈敏度可達0.2%。同時還具有極其優(yōu)異的對彎曲形變以及扭轉(zhuǎn)形變的有效感應(yīng)（圖2）。對彎曲角度的檢測范圍高達90度，感應(yīng)靈敏度達到2度。對于順時針及逆時針方向的扭轉(zhuǎn)變形，該纖維傳感器也可以進行區(qū)分以及扭轉(zhuǎn)程度的感應(yīng)。
圖2 石墨烯纖維傳感器的感應(yīng)性能
在進一步的可穿戴應(yīng)用中，該團隊利用這種柔性傳感器的優(yōu)異性能實現(xiàn)了對多種人體生理活動的實時監(jiān)測，如人體奔跑、步行、跳躍等劇烈運動狀態(tài)，以及心跳、脈搏等生理活動的實時感應(yīng)和反饋。值得一提的是，這種石墨烯纖維傳感器的制備方法簡單易行，成本低廉，且易于量產(chǎn)，有著極大的市場前景。此項工作一經(jīng)發(fā)表便引起國際關(guān)注，Materials Views 在近期的科技新聞中做了專題報道。
該項工作得到了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學基金委、上海市自然科學基金委和中科院上海硅酸鹽所創(chuàng)新項目的資助。
