儀器儀表商情網報道 柔性可穿戴傳感器主要致力于感應和監測各種人體活動，在運動感應、個人健康監測、智能機器人和人機交互方面都有著廣泛的應用。傳統的應變傳感器，如基于金屬箔以及半導體的傳感器，由于不具有很好的柔性以及可探測范圍很小（<5%），所以無法應用于柔性可穿戴傳感器。一些納米材料由于具有很好的機械柔性以及導電性，開始被應用于各式柔性的應變傳感器，如碳納米管、石墨烯和金屬納米線。盡管取得了一些進展，但現今仍然存在兩個主要的問題：一是難以同時獲得高的靈敏性和大的感應范圍；另一個是當前的柔性傳感器大多功能單一，例如只能感應拉伸應變，無法同時感應彎曲、扭轉等其他變形，因此不適用于對復雜而精細的人體活動的感應。
近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員孫靜帶領的科研團隊成功地制備了基于石墨烯材料的高靈敏度柔性纖維傳感器，在柔性可穿戴感應領域尤其是可穿戴式人體生理活動監測方面具有廣闊的應用前景。該工作發表于期刊Advanced Materials，已申請中國發明專利一項。
該團隊設計了一種類似于壓縮彈簧的特殊纖維結構，并利用石墨烯作為敏感導電材料，制備了一種可以感應拉伸、彎曲以及扭轉變形的柔性纖維傳感器（圖1）。
圖1 石墨烯纖維傳感器結構圖
這種纖維傳感器的拉伸應變檢測范圍高達100%，感應靈敏度可達0.2%。同時還具有極其優異的對彎曲形變以及扭轉形變的有效感應（圖2）。對彎曲角度的檢測范圍高達90度，感應靈敏度達到2度。對于順時針及逆時針方向的扭轉變形，該纖維傳感器也可以進行區分以及扭轉程度的感應。
圖2 石墨烯纖維傳感器的感應性能
在進一步的可穿戴應用中，該團隊利用這種柔性傳感器的優異性能實現了對多種人體生理活動的實時監測，如人體奔跑、步行、跳躍等劇烈運動狀態，以及心跳、脈搏等生理活動的實時感應和反饋。值得一提的是，這種石墨烯纖維傳感器的制備方法簡單易行，成本低廉，且易于量產，有著極大的市場前景。此項工作一經發表便引起國際關注，Materials Views 在近期的科技新聞中做了專題報道。
該項工作得到了國家重點基礎研究發展計劃、國家自然科學基金委、上海市自然科學基金委和中科院上海硅酸鹽所創新項目的資助。
