0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于石墨烯的触觉传感器研究进展综述

MEMS 来源:MEMS 2024-04-28 09:56 次阅读

石墨烯作为一种极具潜力的纳米材料,独特的机电特性使其在多种工业应用中展现出广阔的应用前景。常见的石墨烯形态包括石墨烯粉末、氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO),这些材料常被用于开发各种基于纯材料或纳米复合材料的柔性触觉传感器。得益于石墨烯与聚合物基质及其它金属纳米材料优异的界面结合能力,石墨烯基触觉传感器能够在多种操作环境下展现出优异性能。

据麦姆斯咨询报道,近期,来自浙江海洋大学、澳大利亚昆士兰大学(The University of Queensland)、德国开姆尼茨工业大学(Chemnitz University of Technology)等机构的研究团队在Sensors And Actuators A-physical期刊上发表了一篇题为“A review on graphene-based sensors for tactile applications”的综述文章,重点探讨了基于石墨烯的柔性触觉传感器的开发及其在机器人触觉等领域的应用,并对当前面临的挑战和未来发展进行了展望。

351b2336-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图1 本研究的图文摘要

基于石墨烯的触觉传感器

这篇综述文章介绍了基于纯石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯三种形态制备触觉传感器的技术路线,通过各种印刷技术,将不同形态的石墨烯与聚合物基底结合,形成单层及多层结构的传感器薄膜。这些传感器在机器人触觉等领域得到了广泛应用。

353a3a28-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图2 (a)在二氧化硅(SiO₂)基底上利用石墨烯/聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备的薄膜传感器;(b)透明石墨烯基传感器的图像;(c)石墨烯薄膜的透射率和拉曼光谱

353fe7a2-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图3 (a)使用基于还原氧化石墨烯的导电油墨制备柔性传感器的示意图;(b)传感器的粘度、损耗模量和存储模量随剪切速率、剪切应力和时间的变化特征;(c)传感器尺寸图示

354e58fa-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图4 (a)柔性石墨烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)传感器的制备步骤;(b)通过晶圆级制造工艺制备的传感器放大图;(c)传感器拉伸前后的状态变化;(d)传感器对施加应变的响应

355460d8-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图5 (a)基于石墨烯的摩擦纳米发电机(TENG)器件的光学图像;(b)拉伸前后的传感器图像:(c)利用有限元分析得出的应变分布;(d)与-x和-y方向拉伸有关的电阻相对变化;(e)开路电压随-x和-y方向拉伸的相对变化

3567dbcc-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图6 (a)开发氧化石墨烯薄膜的制备方案;(b)传感器对湿度和弯曲曲率的响应

356c1b06-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图7 (a)基于氧化石墨烯的电容压力传感器制备步骤;(b)传感器电容响应随压力变化

3573fa1a-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图8 (a)基于氧化石墨烯/PET的传感器制备步骤;(b)传感器的灵活性展示;(c)用于温度传感的传感器尺寸;(d)施加压力前后传感器的原理图和扫描电镜图像

通过对比基于不同石墨烯形态的触觉传感器的制备和性能,可以发现不同加工材料之间存在明显差异。对于采用纯石墨烯开发的触觉传感器来说,其最大优势之一是灵敏度极高,这主要得益于石墨烯卓越的电导率和抗拉强度。石墨烯作为一种活性材料,可形成用于触觉传感应用的物理传感器,其性能优于传统的应变传感方法。对于基于石墨烯衍生物的触觉传感器来说,它们还具有其它优势,例如快速制备、操作简单、分辨率高、成本低和性能高效。这些传感器用于机器人触觉传感应用时具有显著优势,例如能够有效提升外科手术等领域的操作精准度。

基于石墨烯的触觉传感器应用研究

石墨烯基触觉传感器的主要优势在于其高导电性、出色的机械柔韧性、响应的高重复性和再现性、生物兼容性以及较低的响应和恢复时间。这些传感器在健康监测和工业领域也有各种成功应用。例如,将石墨烯基触觉传感器连接在机器人或人体关节上,能够实现动作细节的精准捕捉。

357ea21c-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图9 (a)石墨烯基传感器的原理图;传感器响应描述了其(b)压阻特性和(c)快速响应时间

35965042-03f8-11ef-a297-92fbcf53809c.jpg

图10 新加坡国立大学研究人员设计的新型机器人系统,其压阻薄膜由石墨烯层组成

研究展望

在未来的研究发展中,还需要进一步优化石墨烯材料质量,从而有效提升石墨烯基触觉传感器的性能。由于石墨烯同素异形体的物理差异会导致其与聚合物基体结合程度的差异,进而造成传感器响应差异,因此需要不断创新石墨烯合成方法。从机器人触觉应用角度来看,将这些石墨烯基传感器用作电子皮肤将进一步提高机器人对多种刺激模式同时响应的能力。这些传感器原型有望在实时通信中以无线方式使用,例如将它们连接到假肢身体部位或失去皮肤的人体部位。随着机器人在人类生活中的影响越来越大,有效利用石墨烯基传感器与合适的执行器连接,将极大地推动智能传感系统的发展。

论文信息
https://doi.org/10.1016/j.sna.2024.115363



审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 机器人
    +关注

    关注

    210

    文章

    28180

    浏览量

    206311
  • 石墨烯
    +关注

    关注

    54

    文章

    1542

    浏览量

    79435
  • 触觉传感器
    +关注

    关注

    4

    文章

    82

    浏览量

    9317
  • 纳米发电机
    +关注

    关注

    0

    文章

    19

    浏览量

    1616

原文标题:综述:基于石墨烯的触觉传感器研究进展

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    石墨发热油墨为汽车后视镜带来智能电加热保护

    Haydale石墨发热油墨采用了先进的石墨纳米材料,这是一种极为强大的导电材料。通过将石墨
    发表于 11-15 15:55

    什么是石墨和白石墨

    石墨石墨是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。这种独特的结构赋予了石墨
    的头像 发表于 09-30 08:02 290次阅读
    什么是<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>和白<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>?

    利用HDPlas等离子功能化工艺,可增强CGM动态血糖仪微型传感器性能

    由于对实时人体健康监测以及无缝人机交互的需求正在迅速增长,近年来已经进行了大量研究工作来研究可穿戴传感器和植入式设备。石墨作为一种新型二维
    发表于 09-10 15:45

    石墨/硅基异质集成光电子器件综述

    石墨/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展,因石墨所具有的诸多独特的物理性质如超
    的头像 发表于 04-25 09:11 932次阅读
    <b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>/硅基异质集成光电子器件<b class='flag-5'>综述</b>

    石墨压力传感器在可穿戴电子器件中的研究进展综述

    压力传感器在人工智能、电子皮肤、工业应用、显示中发挥着至关重要的作用。
    的头像 发表于 03-08 09:39 3674次阅读
    <b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>压力<b class='flag-5'>传感器</b>在可穿戴电子器件中的<b class='flag-5'>研究进展</b><b class='flag-5'>综述</b>

    石墨石墨有什么区别

    石墨石墨听起来很像,实际上石墨就是石墨的单层结构,石墨
    的头像 发表于 02-27 18:52 9145次阅读
    <b class='flag-5'>石墨</b>和<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>有什么区别

    石墨电容

    探索未来能量储存新篇章:高性能4.2V 5500F 2.6Ah石墨电容推荐 随着科技的飞速发展,我们对于能量储存的需求也日益增长。在众多的储能元件中,石墨电容以其独特的优势,正逐
    发表于 02-21 20:28

    石墨改性橡胶复合材料的研究进展

    当前随着纳米材料的不断开发和应用,石墨也作为高性能纳米填充材料被加入到橡胶基体中,和炭黑、白炭黑等传统填充材料相比,石墨具有独特的结构和优异的性能,能在填充量较低的情况下实现材料性
    发表于 01-22 15:02 515次阅读

    基于石墨-金属硫化物纳米复合材料的气体传感器

    石墨因其对低浓度气体的高敏感性而备受瞩目,但选择性较差限制了其在高性能气体传感器中的应用。
    的头像 发表于 01-02 16:52 1279次阅读
    基于<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>-金属硫化物纳米复合材料的气体<b class='flag-5'>传感器</b>

    介绍几种触觉传感器的工作原理 PZT触觉传感器研究进展和制作工艺

    人体皮肤通过与物体表面的接触,对物体的粗糙度、硬度、导热性、温度、湿度、锐利性、振动、触觉力、触觉压力等物理性能的进行综合反应。
    的头像 发表于 12-16 11:40 6563次阅读
    介绍几种<b class='flag-5'>触觉</b><b class='flag-5'>传感器</b>的工作原理 PZT<b class='flag-5'>触觉</b><b class='flag-5'>传感器</b>的<b class='flag-5'>研究进展</b>和制作工艺

    半导体石墨光电探测取得新进展

    :当石墨用作光吸收介质时,传感器通常只能表现出mA/W级别的弱光学响应度。团队通过开解单壁碳纳米管制备了具有直接带隙为 1.8 eV 的半导体性石墨
    的头像 发表于 12-13 12:33 1150次阅读
    半导体<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>光电探测<b class='flag-5'>器</b>取得新<b class='flag-5'>进展</b>

    飞秒激光制备多孔石墨研究进展

    近日,中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部吴卫平研究员团队采用飞秒激光结合模板法,构筑了内部孔隙精准可控且独立支撑的多孔石墨薄膜,在自支撑多孔碳薄膜表面构筑三维阵列化石墨
    的头像 发表于 12-12 11:32 562次阅读
    飞秒激光制备多孔<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b><b class='flag-5'>研究进展</b>

    基于随机有限集的多传感器多目标跟踪技术

    本文综述了基于随机有限集方法的多传感器多目标跟踪的最新研究进展。在多传感器滤波中起基础性作用的融合方法可分为数据层多目标测量融合和评估层多目标密度融合,分别共享融合
    发表于 12-04 10:39 447次阅读
    基于随机有限集的多<b class='flag-5'>传感器</b>多目标跟踪技术

    基于人机交互界面的石墨传感器研究进展

    石墨传感器由于具有包括柔性、重量轻、易于集成和出色的电学性能等优点,在元宇宙研究中展现出优势。在过去10年里,清华大学任天令教授团队专注于开发面向人机交互和医疗健康的先进
    发表于 11-30 17:47 552次阅读
    基于人机交互界面的<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b><b class='flag-5'>传感器</b><b class='flag-5'>研究进展</b>

    综述:基于二维材料的气体传感器研究进展

    来源:MEMS,谢谢 编辑:感知芯视界 Link 二维材料作为一种极具潜力的气敏材料,在气体传感器领域受到广泛关注并取得快速发展。目前研究较多的二维材料有石墨、二维过渡金属硫化物(T
    的头像 发表于 11-23 09:13 606次阅读