中國粉體網(wǎng)訊  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(yùn)動感應(yīng)、個人健康監(jiān)測、智能機(jī)器人和人機(jī)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(dǎo)體的傳感器，由于不具有很好的柔性以及可探測范圍很�。�<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(jī)械柔性以及導(dǎo)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(jìn)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(dāng)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(fù)雜而精細(xì)的人體活動的感應(yīng)。

　　近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)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(xiàng)。

　　該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(dǎo)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）。

　　這種纖維傳感器的拉伸應(yīng)變檢測范圍高達(dá)100%，感應(yīng)靈敏度可達(dá)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(dá)90度，感應(yīng)靈敏度達(dá)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(jìn)行區(qū)分以及扭轉(zhuǎn)程度的感應(yīng)。

　　在進(jìn)一步的可穿戴應(yīng)用中，該團(tuán)隊(duì)利用這種柔性傳感器的優(yōu)異性能實(shí)現(xiàn)了對多種人體生理活動的實(shí)時監(jiān)測，如人體奔跑、步行、跳躍等劇烈運(yùn)動狀態(tài)，以及心跳、脈搏等生理活動的實(shí)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(xiàng)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(xiàng)工作得到了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、上海市自然科學(xué)基金委和中科院上海硅酸鹽所創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。

圖1. 石墨烯纖維傳感器結(jié)構(gòu)圖

圖2. 石墨烯纖維傳感器的感應(yīng)性能