石墨烯基可穿戴纤维传感器取得进展

可穿戴应力应变传感器可用于收集人体重要信号和人机交互，实际应用对传感器的穿戴舒适度、重量、可靠性和稳定性的要求很高。将传感器集成到传统纤维中，利用其可直接编织到衣物的优势实现对人体局部形变的准确捕捉，是可穿戴传感器件小型化和集成化的重要思路。

石墨烯高分子复合纤维具有质量轻、信号噪声低、能耗低等优点，可用于电阻型应变传感器。对于感知心脏跳动、脉博和眨眼等人体局部微小形变，其应变在010%范围，需要传感器件在发生形变时结构和电阻变化大，即高灵敏度，从而实现对信号的精确捕捉和对不同动作状态的准确辨析。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所丁古巧研究员课题组提出通过结构化设计减少石墨烯与高分子接触面积来提高灵敏度。他们利用石墨烯/聚偏氟乙烯/聚氨酯DMF体系在水相的相分离过程，制备了高分子纳米球修饰的石墨烯多孔网络纤维，这种结构大幅增强了该纤维在发生形变时石墨烯片层之间的结构变化，从而实现石墨烯基纤维灵敏度的显著提高。其灵敏度因子值在05%应变时为51，在5%8%应变时达到87，通过编织集成，他们进一步验证了该纤维在人体重要信号收集的准确性和对不同动作状态分析的可行性。同时，这种新型石墨烯基纤维传感器最低形变检测限达到0.01%，较好的应变—电阻线性关系可保证在信号后处理上的准确性，超过6000次的循环寿命有利于实际应用的稳定性。

将此纤维编织进纱布并作为眼罩，可实时监测眼球的转动等信息，未来可用于眼疾病人的监测和睡眠监测；将该纤维集成到创口贴中，贴到手腕处，能够识别手腕脉搏表现出的不同信号；该纤维也可编入手套，对手的弯曲程度进行感应，准确把控传递出的的动作信号。小球结构的存在，赋予了该纤维比普通纤维更高的灵敏度，体现了石墨烯基应变传感器件在智慧医疗、可穿戴设备等领域的应用潜力。