成果简介

高性能柔性压力传感器对于实现电子皮肤和可穿戴设备至关重要。开发更灵敏的柔性压力传感器是研究人员的执着追求。本文，西安理工大学杜斌等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Fragmented Graphene Aerogel/Polydimethylsiloxane Sponges for Wearable Piezoresistive Pressure Sensors”的论文，研究提出提出了一种简单有效的策略来制造基于碎片石墨烯气凝胶（FGA）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）海绵的柔性压阻式压力传感器。

以FGA为导电填料，NaCl颗粒为致孔剂，与PDMS共混，得到具有海绵结构FGA@PDMS复合材料。然后，对复合FGA@PDMS进行FGA浸涂，得到FGA/FGA@PDMS海绵。最后，通过丝网印刷工艺将叉指电极作为底电极，完成FGA/FGA@PDMS传感器的制备。结果表明，所制备的柔性压阻式压力传感器具有较高的灵敏度（0–10 kPa， 2235.84 kPa–1），恢复性好，响应时间更短（约120 ms），在1000次加载和卸载循环下响应稳定。此外，我们还研究了FGA/FGA@PDMS传感器作为可穿戴设备的适用性及其在实际传感中的应用。手臂弯曲、手指、脚底等人体运动检测表明传感器具有良好的检测能力。发光二极管串联电路和基于蓝牙的无线压力传感器验证原型系统展示了该传感器在实际应用中的潜力。

图文导读

图1.基于FGA/FGA@PDMS海绵的压力传感器的制造工艺示意图。

图2.（a） FTIR，（b） 拉曼和 （c） （d） GO 和 GA 的 XPS C1s 光谱。

图3.具有不同FGA共混载荷的多孔FGA/FGA@PDMS复合材料的SEM图像

图4.（a） 具有不同FGA共混载荷的FGA/FGA@PDMS海绵的应变-应力曲线。（b） 0–100 kPa 和 （c） 具有不同 FGA 混合负载的 FGA/FGA@PDMS 压力传感器的 0–10 kPa 相对电流曲线和灵敏度。（d） 不同制备工艺的传感器在0–10 kPa时的相对电流变化。

图5.FGA/FGA@PDMS柔性压阻式压力传感器的传感机制示意图。

图6.FGA/FGA@PDMS传感器的机电特性。

图7.使用 FGA/FGA@PDMS 传感器检测人体运动。

图8.无线压力应变传感器验证原型系统。

小结

综上所述，我们采用简单有效的策略来制造基于FGA/PDMS海绵的柔性压阻式压力传感器。基于FGA/FGA@PDMS的柔性压阻式压力传感器具有低压检测的潜力。针对本文，可以考虑对压力传感器参数进行进一步优化，以提高压力传感器的性能，并为其他海绵复合材料应用领域提供优化思路。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsanm.3c01285