柔性压力传感器必须具有高灵敏度和大工作范围。然而，灵敏度与工作范围之间存在着不可调和的矛盾。在此，我们制造了柔性压力传感器，其灵敏度和工作范围可以定制设计。该传感器是将棉花缝制的海绵浸泡在石墨烯墨水中制成的，其灵敏度和工作范围可以自由调节。根据海绵密度和缝制方法的不同，得到的传感器可能会表现出不同的特点:有的灵敏度高(可达4.44 kPa^-1)，有的工作范围大(可达50 kPa)，有的为线性，但它们都具有良好的柔韧性和出色的稳定性。这些传感器在行走检测、腕部脉搏检测和纸钢琴等方面表现出优异的性能。传感器的灵活多变的性能以及低成本和可扩展的制造使其在可穿戴电子设备中具有竞争力。
 
图1. (a)本工作设计的石墨烯柔性压力传感器的灵敏度-压力曲线。(b)本工作与其他报告中压力传感器的比较。
 
图2. (a)石墨烯的原子力显微镜(AFM)图像。(b)压力传感器测试系统示意图。
  图3. (a)棉缝海绵柔性石墨烯压力传感器制作工艺示意图。(b)制作过程照片:用棉花、GCS和石墨烯压力传感器缝制的海绵。(c)涂覆石墨烯的棉织物的扫描电镜(SEM)图像。
 
图4. (a)正交坐标系下的压力传感器。(b)从棉花上摘下来的棉线。(c)沿海绵厚度取的无限小的元素。(d)不同缝纫线间距下的理论相对阻力-压力曲线。
 
图5. (a)缝纫线间距示意图。(b)海绵压力传感器的相对阻力-压力曲线。
 
图6. (a) (d)低海绵密度，(b) (e)中等海绵密度，(c) (f)高海绵密度下缝纫线之间不同距离的相对阻力-压力曲线。
 
图7. 不同密度海绵在缝线间距为(a) 6mm， (b) 4mm， (c)2mm处的相对阻力-压力曲线。(d) Pll、(e) Pmm、(f) Phs的可靠性测试。
 
图8. (a)附着在鞋底的石墨烯压力传感器。(b)行走检测示意图。(c)行走检测实验结果。(d)戴在手腕上的石墨烯压力传感器。(e)手腕脉搏检测示意图。(f)腕部脉搏检测实验结果。
 
图9. (a)由压力传感器制成的纸钢琴。(b)纸钢琴的测试。
 
      相关研究成果由北京航空航天大学、粉体技术研究开发北京市重点实验室Kai Li等人于2023年发表在Sensors and Actuators: A. Physical (https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114266)上。原文：Flexible graphene pressure sensor based on sponge sewn with cotton。

转自《石墨烯研究》公众号