研究基于密集结构石墨烯纤维的压力传感器，用于运动监测

压阻式压力传感器因其结构简单、灵敏度高和成本低而备受关注。石墨烯以其出色的机械和电气性能而闻名，作为传感器材料已显示出巨大的应用潜力。然而，其在实际应用中的耐用性和性能一致性仍有待提高。本文，东华大学李炜教授团队在《Adv.Fiber Mater》期刊发表名为“Pressure Sensors Based on Densely Structured Graphene Fibers for Motion Monitoring”的论文，研究利用掺杂了Fe3O4纳米颗粒的氧化石墨烯（GO），通过湿法纺丝制备了磁性石墨烯纤维（MGFs）。制备出的MGF具有58.6MPa帕的高抗拉强度、5.3%的应变和1.7×104S/m的导电率。

这些MGF可用于制造柔性压力传感器的多层织物。纺丝通道内的封闭性促进了GO片的有序排列，使 MGF 具有优异的电气和机械性能。发行的MGFs压力传感器具有检测范围广（0-120kPa）、灵敏度高（0.233kPa-1, 0-40kPa）和响应/恢复时间快（121ms/158ms）等特点。此外，它还具有出色的耐用性，在连续运行1300个周期后仍能保持性能，退化程度几乎可以忽略不计。该传感器在监测人体生理活动方面表现出卓越的能力，表明其在可穿戴设备中具有巨大的应用潜力。

图文导读

图1、MGF压力传感器的制备示意图。

图2、MGF和GF的照片和SEM图像。

图3、a-c）绘制前后 GF 表面的 AFM 图像和相应的高度值。d ）还原前后 GF 和 MGF 的 XPS 图像。e ）还原前后 GF 和 MGF 的 XRD 图像。f）还原前后 GF 和 MGF 的拉曼光谱图像。G-j）三种 GFs 和 MGF 的相应方位扫描曲线）GFs 和 MGF 的 SAXS 模式。k ）绘图下GFs和 MGF 的应力-应变曲线。l ）不同GFs和MGFs的电子电导率和机械性能

图4、MGFs 压力传感器的传感性能测试。

图5、MGFs压力传感器在人体生理信号检测中的应用。

小结

本文提出了一种制造MGF的策略，以构建基于纤维的可穿戴压力传感器。MGF是通过通道封闭GO和添加 Fe3O4纳米粒子来实现的，以降低纤维的模量、提高柔韧性并保持电气性能。通过将 GO片材平整排列，获得了具有优异电气和机械性能的 MGF，其应力达到58.6兆帕，应变为5.3%，导电率为1.7×104S/m。该传感器装置由多层织物传感层构成，具有检测范围广（0-120 kPa）、灵敏度高（0.233kPa-1, 0-40kPa）、响应/恢复时间快（121ms/158ms）和耐用性好（超过1300次循环）等特点。此外，该传感器还能准确识别人体生理活动。因此，本研究的结果为柔性压力传感器在生理监测、人机交互和智能可穿戴设备中的应用提供了宝贵的见解。

文献： https://doi.org/10.1007/s42765-024-00502-9 审核编辑 黄宇