清華大學任天令團隊研發出可定製的石墨烯壓力傳感器

【儀器儀表網 新品動態】7月15日，清華大學微電子所任天令教授團隊在納米領域重要期刊《美國化學學會納米》(ACS Nano)上發表了題為「正電阻特性的類三極體石墨烯壓力傳感器」的研究論文。該器件實現了可定製的石墨烯壓力傳感器，具有極高的靈敏度和較大的量程，可以直接貼覆在皮膚上用於探測呼吸、脈搏等多重功能，並實現了人體多部位血壓值和波形採集、足底壓力和步態監測，未來在運動監測、智慧醫療等方面具有重大應用前景。

石墨烯壓力傳感器實現人體步態監測系統

　　壓力傳感器是一種重要的信號採集器件，要求器件同時兼顧較高的靈敏度和較大的量程，同時為了用於人體信號採集，還應具備良好的柔性、貼合度和耐用性。傳統的壓力傳感器在受到外界壓力時，電阻值減小，呈現一種負電阻變化，這使得量程和靈敏度呈負相關關係相互制約，從而使得性能難以提高。

　　任天令團隊基於雷射還原石墨烯，將石墨烯與矽橡膠柔性基底相結合，製備了類三極體結構的石墨烯壓力傳感器，在整個量程區間內，傳感器的靈敏度也隨著壓力增大而提高呈現指數變化趨勢。將壓力傳感器受力端看做基極，模仿調節電晶體靜態工作點的方式，通過調節力學靜態偏置實現微小力學信號測量與放大。由於傳感器核心採用了雷射還原的多層石墨烯，在宏觀結構上可被視為二維材料，器件總體呈現出正電阻變化的特性。同時還探究了圖案、掃描角度等多種方法來增強和定製器件。除了貼附在手腕監測脈搏、貼附在胸口監測呼吸信號外，還能夠在人體多處分別測量和還原血壓值和波形。傳感器的大量程還可以被運用於足底壓力測量和步態監測，並組建了一個實時步態監測系統。