傳感器是物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的核心元件，更敏感、小型化、集成化是目前傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。將傳感器集成到傳統(tǒng)纖維中，利用其可直接編織到衣物的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體局部形變的準(zhǔn)確捕捉，是可穿戴傳感器件小型化和集成化的重要思路。

石墨烯-高分子復(fù)合纖維具有質(zhì)量輕、信號(hào)噪聲低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，可用于電阻型應(yīng)變傳感器。對(duì)于感知心臟跳動(dòng)、脈博和眨眼等人體局部微小形變，其應(yīng)變?cè)?-10%范圍，需要傳感器件在發(fā)生形變時(shí)結(jié)構(gòu)和電阻變化大，即高靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的精確捕捉和對(duì)不同動(dòng)作狀態(tài)的準(zhǔn)確辨析。然而，石墨烯基纖維傳感器在0-10%應(yīng)變范圍內(nèi)的靈敏度一般較低（GF~0.1-50），如何提高石墨烯基纖維傳感器在小應(yīng)變范圍內(nèi)的靈敏度？這是一個(gè)難題。

為了解決這些難題，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員丁古巧課題組提出了通過(guò)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)減少石墨烯與高分子接觸面積來(lái)提高靈敏度的策略。他們利用石墨烯/聚偏氟乙烯/聚氨酯DMF體系在水相的相分離過(guò)程，制備了高分子納米球修飾的石墨烯多孔網(wǎng)絡(luò)纖維，這種結(jié)構(gòu)大幅增強(qiáng)了該纖維在發(fā)生形變時(shí)石墨烯片層之間的結(jié)構(gòu)變化，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯基纖維靈敏度的顯著提高。其靈敏度因子值在0-5%應(yīng)變時(shí)為51，在5-8%應(yīng)變時(shí)達(dá)到87，通過(guò)編織集成，他們進(jìn)一步驗(yàn)證了該纖維在人體重要信號(hào)收集的準(zhǔn)確性和對(duì)不同動(dòng)作狀態(tài)分析的可行性。同時(shí)，這種新型石墨烯基纖維傳感器最低形變檢測(cè)限達(dá)到0.01%，較好的應(yīng)變-電阻線性關(guān)系可保證在信號(hào)后處理上的準(zhǔn)確性，＞6000次的循環(huán)壽命有利于實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定性。

將此纖維編織進(jìn)紗布并作為眼罩，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)等信息，未來(lái)可用于眼疾病人的監(jiān)測(cè)和睡眠監(jiān)測(cè)；同時(shí)，將該纖維集成到創(chuàng)口貼中，貼到手腕處，能夠識(shí)別手腕脈搏，而且脈搏信號(hào)能夠非常清晰表現(xiàn)出脈搏上的不同信號(hào)；該纖維也可編入手套，對(duì)不同手的彎曲進(jìn)行感應(yīng)，表明其對(duì)于動(dòng)作信號(hào)準(zhǔn)確把控。正是由于小球結(jié)構(gòu)的存在，賦予該纖維比普通纖維更高的靈敏度，上述結(jié)果滿足可穿戴應(yīng)變傳感器的要求，體現(xiàn)了石墨烯基應(yīng)變傳感器件在智慧醫(yī)療、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

上述工作以Porous Fibers Composed of Polymer Nanoball Decorated Graphene for Wearable and Highly Sensitive Strain Sensor 為題近期在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials），第一作者為上海微系統(tǒng)所博士生黃濤，通訊作者為丁古巧和何朋。

丁古巧課題組長(zhǎng)期致力于石墨烯材料的創(chuàng)新制備和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年項(xiàng)目（51802337，11774368和11804353）和博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃（BX201700271）以及上海市科委項(xiàng)目（18511110600）的大力支持。

上海微系統(tǒng)所在石墨烯基可穿戴纖維傳感器方面取得進(jìn)展