本文，南京航空航天大學(xué)周建新在《Small》期刊發(fā)表名為“Intrinsically Stretchable Motion Sensor Enabled by 3D Graphene Foam Integrated Hydrogel”的論文，研究提出結(jié)合彈性模量為35kPa的柔性水凝膠和彈性模量為33kPa的柔性三維石墨烯泡沫，開發(fā)了一種可拉伸石墨烯水凝膠應(yīng)變傳感器（GHSS）。含有氯化鋰的聚丙烯酰胺（PAAm）水凝膠具有高透明度和穩(wěn)定性，因此被選為離子導(dǎo)體。高導(dǎo)電性三維石墨烯泡沫是通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝制成的，其機(jī)械性能經(jīng)過(guò)精心定制，與 PAAm 水凝膠的機(jī)械性能非常接近。得益于其內(nèi)在的可拉伸性，GHSS 表現(xiàn)出卓越的應(yīng)變傳感性能和機(jī)械/電氣魯棒性，測(cè)量范圍寬達(dá) 400%，應(yīng)變檢測(cè)限為 0.02%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，響應(yīng)時(shí)間為 64 毫秒，長(zhǎng)期穩(wěn)定性超過(guò) 10 000 次循環(huán)。這些功能使其能夠檢測(cè)人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、生理信號(hào)和肌電信號(hào)。此外，我們還展示了基于GHSS的觸控板，它能夠進(jìn)行表面書寫和繪畫，還展示了多運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠準(zhǔn)確識(shí)別八段錦練習(xí)中的不同狀態(tài)。

圖文導(dǎo)讀

圖1、GHSS 的設(shè)計(jì)。GHSS 是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括作為敏感單元的 PAAm 水凝膠和作為電極的 3D 石墨烯泡沫。

圖2、PAAm水凝膠的特性。

圖3、3D石墨烯泡沫和水凝膠-石墨烯復(fù)合材料的表征。

圖4、石墨烯泡沫電極的電氣特性。

圖5、GHSS 的應(yīng)變傳感特性。

圖6、GHSS的應(yīng)用。

圖7、多通道GHSS的相對(duì)阻力變化，用于檢測(cè)中國(guó)傳統(tǒng)八段錦運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。

小結(jié)

總之，我們成功開發(fā)了一種完全靈活的應(yīng)變傳感器，該傳感器具有靈敏的單元和彈性模量緊密匹配的電極。應(yīng)變傳感器具有測(cè)量范圍寬 （400%）、高分辨率 （0.02%）、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng) （64 ms） 和長(zhǎng)期穩(wěn)健的機(jī)械性能 （>10 000次循環(huán)），能夠方便地檢測(cè)人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和生理信號(hào)。GHSS 觸摸板的構(gòu)造是為了獲取手寫輸入并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖像。多通道動(dòng)作捕捉是通過(guò)使用多個(gè) GHSS 來(lái)記錄和表征伸展運(yùn)動(dòng)時(shí)的姿勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。相信本研究可為未來(lái)柔性智能傳感器的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供思路。

文獻(xiàn)：

https://doi.org/10.1002/smll.202407957