深圳长石新能源科技有限公司： 石墨烯柔性可穿戴传感器应用与望

深圳长石新能源科技有限公司：石墨烯柔性可穿戴传感器的应用与展望

柔性传感器件的可拉伸性、柔性、轻质等特性，赋予其可穿戴性，其在个人智能医疗系统、运动监测系统、人机交互等领域均表现出广泛的应用前景。

石墨烯具有良好的柔韧性、导电性、透明性以及较高的机械强度等特点。与此同时，石墨烯基传感材料的制备不依赖于硅基半导体技术，并且易于在软基板上进行负载。

目前，各种形态的石墨烯材料已被广泛应用于构筑多种不同功能的柔性可穿戴传感器件。

柔性应变传感器

应变传感器可以用于检测物体或材料在拉力下的应变大小。根据工作机制的不同，应变传感器可以分为电阻式、电容式和压电式电阻式应变传感器通过检测敏感材料的电阻随应变的变化而获得应变大小的信息，因其检测范围广、灵敏度高和制备简单等优点，是目前研究最为广泛的应变传感器之一。

理想的柔性应变传感器应满足高灵敏度、高可拉伸性、稳定性和耐用性等要求。石墨烯具有柔性、优异的应变响应性和机械性能，使其适合用于电阻式柔性应变传感器。CVD法、剥离法、氧化还原法制备的石墨烯，均可被用于构筑柔性应变传感器。

柔性压力传感器

柔性压力传感器可以将人体活动所产生的压力信号转化成电信号而进行检测。这些压力信号的检测对于诊断心血管疾病、呼吸系统疾病以及运动损伤等具有重要意义。

Bae等将铜箔设计成半球形凹槽的阵列图案，将铜箔表面氧化获得CuO/Cu2O纳米突起结构；以此铜箔为催化剂生长石墨烯薄膜后，向铜箔表面浇筑PDMS，获得表面具有多级微结构的石墨烯/PDMS导电薄膜，用于构建柔性压力传感器。

除了在石墨烯表面引入微结构外，还可同时对弹性体的表面进行微结构化处理。例如，利用CVD法得到具有指纹状结构的3D石墨烯膜，随后将其与印模天然叶片表面多级结构的PDMS薄膜复合，制备了高性能柔性压力传感器。

柔性温度传感器

目前，日常生活中常用的温度传感器包括水银温度传感器和红外温度传感器，但这些传感器对环境和人类不友好且使用不方便。柔性温度传感器在监测人体健康方面的关键要求是在人体温度范围内具有高灵敏度、稳定性、高精度及可重复性等。温度传感器在辅助疾病诊断和医疗健康监测应用中具有极大潜力。

石墨烯的电阻可随温度变化而变化，是一种理想的柔性温度传感元件，石墨烯基柔性温度传感器通常表现出负温度系数，石墨烯和rGO已被应用于柔性温敏材料。

Davaji等以单层石墨烯为传感元件，制备了基于悬空石墨烯的柔性温度传感器，相比于CVD生长的石墨烯，表现出更大的负温度系数。Kong等利用喷墨技术将GO油墨印刷在PET基底上，后通过光热还原，制备了图案化的石墨烯电极，用于构筑柔性温度传感器。该器件具有较高的温度敏感性和快速响应时间。

柔性湿度传感器

目前，虽然三氧化二铝和氧化硅等活性材料被用于湿度传感器并已实现商业化，但这些材料的刚性限制了柔性湿度传感器的发展。近年来，为了提升湿度传感器的柔性和可穿戴性，聚合物、碳材料及其复合材料等多种传感材料被用于柔性湿度传感器。

石墨烯具有大比表面、出色的力学和电学性能等优势，但由于石墨烯的疏水性限制了其在湿度传感方面的应用。

作为石墨烯的衍生物，GO/rGO不仅具有大比表面和体积比，而且还存在大量空位和亲水性基团，如羟基、羧基等，使其可以从外部环境捕获水分子，被广泛用于柔性湿度传感器。

石墨烯具有优异的物理和化学性质，因此在基础科学和实际应用方面都受到了很大关注。特别是基于其优异的机械柔性、导电性、透明度、强度和可调的电子特性，石墨烯被认为是构建柔性传感器件与系统的重要可选材料之一。

尽管基于石墨烯的柔性传感器技术取得了重大进展，但在实际应用中仍然存在许多挑战。通过结合石墨烯材料的可控制备方法、新型传感原理和工作机制的发展、制造和集成工艺的创新，柔性石墨烯基传感器将会在未来取得更大进展，并最终在人类医疗健康、运动检测、人机交互等领域实现实用化。