ayx游戏官网
CN | EN
ayx游戏官网
石墨烯压力传感器在可穿戴电子器件中的研究进展综述
发布时间:Monday 27th of May 2024 03:40:08 PM 来源:AYX在线 作者:ayx最新官网下载

  应用、显示器中发挥着至关重要的作用。近年来,随着对健康监测器件、医疗诊断工具等方面需求越来越大,具有灵敏度高、响应快、工作压力范围宽、功耗低等优势的高性能压力

  石墨烯由于具有优异的导电性、柔韧性、导热性、载流子迁移率和机械强度,在提高压力传感器性能方面受到广泛关注。石墨烯材料不仅在工业压力传感器中表现出应用潜力,更在可穿戴的柔性压力传感器、屏幕技术中有很好的应用前景,是一种理想的二维材料,可以集成到各种可穿戴电子器件中。

  据麦姆斯咨询报道,针对基于石墨烯材料的压力传感器的研究进展,长春工业大学和梧州学院的研究团队进行了综述分析,阐述了石墨烯材料的优势、制备方法,石墨烯压力传感器的设计策略及其在可穿戴电子器件中的应用前景,并探讨了当前面临的挑战和机遇。相关研究内容以“石墨烯压力传感器在可穿戴电子器件中的研究进展”为题发表在《液晶与显示》期刊上。

  石墨烯内部结构呈现蜂窝状的晶格排列,由碳原子连接而成,为石墨烯赋予了优异的性能,在电化学、物理学等领域大放异彩。压力传感器根据传感机制的不同主要可分为压阻式、电容式和压电式等。传统的金属和半导体压力传感器因为受到刚性、脆性、灵敏度低、传感范围窄、分辨率低、拉伸能力弱等限制导致应用范围以及发展受到影响。因此可以借助于柔性材料石墨烯提高压力传感器的灵敏度等性能,拓宽压力传感器的应用范围。

  石墨烯的制造方法主要有“自上而下”和“自下而上”两种方法。“自上而下”方法可规模化,并且成本较低,包括微机械剥离、溶液剥离、碳纳米管的解压缩等方法。“自下而上”方法是通过原子组装的形式来制备石墨烯,包括化学气相沉积(CVD)、外延生长和还原法。

  图1 (a)单层石墨烯分子结构;(b)碳纳米管解压缩获得石墨烯示意图;(c)外延生长法原理图;(d)氧化还原法制备石墨烯示意图

  在设计压力传感器时,应考虑灵敏度、检测范围、线性度、响应时间等性能参数。根据使用的场景不同,对性能的需求也会有所变化。

  随着石墨烯在压力传感器中的应用,压力传感器表现出了明显的变化,无论是将石墨烯与材料结合应用到传感器中,还是改变石墨烯本身的形状等措施,都在一定程度上提高了压力传感器的性能。首先,石墨烯压力传感器在结合的材料上可以是聚合物,例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基硅氧烷(PDMS),也可以是纤维,例如纸、棉花,同时石墨烯本身也可以进行杂化。其次在关键材料制备方法上通常为CVD、石墨烯溶液自组装、超声混合等。最后在结构上大多是石墨烯材料的复合结构,例如由PDMS微锥与石墨烯的复合结构、PMMA与石墨烯的立体结构、石墨烯和纤维的复合结构、石墨烯和氧化石墨烯组成的杂化结构等。未来,随着石墨烯压力传感器进一步和聚合物、纤维、石墨烯本身进行更多方式的融合,将带来更多的变化。

  通过采用不同的制造技术,可以获得高灵敏度、超低检测限、快速响应的石墨烯压力传感器,可用于检测压力的轻微变化,在医疗保健监测、运动监测、血压测量等生物领域展现出很好的应用前景。

  图2 各种研究文章中报道的柔性压力传感器的运动监测应用,如手指弯曲、肘关节弯曲、膝盖弯曲、声带振动、脸颊运动、吞咽、呼气或吸气、行走和跑步

  图4 连接在玩具机器人股骨关节上的传感器,用手触摸传感器时,通过手机上的无线通信监测传感器响应

  图5 GO/Gr复合薄膜的动态响应:(a)100 Hz加载压力下输出电流的响应;(b)加载频率分别为2、8、10 kHz的GO/Gr复合双层膜高频电压响应,该曲线遵循输入的压力信号

  综上所述,石墨烯材料具备优异的物理性质,通过与材料复合,结合传感器衬底和结构等方面的设计,使得石墨烯压力传感器表现出了优异的灵敏度、响应速度和检测范围,在行为和健康监测、人机交互、电子皮肤等方面表现出不俗的潜力。

  然而,要满足不同的应用需求,石墨烯压力传感器在长期稳定性和机械适应性方面仍需改进。石墨烯压力传感器由导电网络和柔性衬底两部分组成,石墨烯材料及在反复外力作用下不可逆断裂形成的导电网络,会导致传感器性能退化,难以保持长期性能稳定。此外,应用于的压力传感器的机械约束也是一个待解决的问题。展望未来,随着科学技术的发展,石墨烯压力传感器可以通过与电子工程、生物医学工程、材料科学、显示技术等各个快速发展的研究领域合作,为人类的生产生活做出更大贡献。

  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。

  在医疗保健领域发挥着越来越重要的作用。 据麦姆斯咨询报道,近期,来自孟加拉国纺织大学(Bangladesh

  在医疗保健领域的应用 /

  )、MXenes等。由于二维材料具有纳米尺寸的层状结构、优异的半导体性能、表面积,因此,在气体


ayx游戏官网
上一篇:北京大学高成臣团队在MEMS压力传感器领域实现多项
下一篇:压力传感器应用及选用原则
  • ayx最新官网下载

    • 地 址:江苏省昆山市周庄镇高科技产业园秀园路
    • 电 话:0512--57218086
    • 传 真:0512--57218050
    • 邮 箱:info@chuxiangyuanpx.com
    • 网 站:http://m.chuxiangyuanpx.com
  • Copyright © 2019 ayx游戏官网(china)AYX在线最新官网下载 地址:江苏省昆山市周庄镇高科技产业园秀园路