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浙工大根据蜘蛛蓬松腿研发石墨烯气凝胶可用于压力传感器

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来源：材料分析与应用

日期：2021-07-26 09:25:34

摘要：压力传感器作为电子皮肤、柔性和可穿戴设备的重要组成部分，通过将外部刺激转换为易于识别的电子信号，其中灵敏度是性能的最关键因素之一。

压力传感器作为电子皮肤、柔性和可穿戴设备的重要组成部分，通过将外部刺激转换为易于识别的电子信号，其中灵敏度是性能的最关键因素之一。本文，浙江工业大学吴化平教授团队等研究人员在《ADV MATER INTERFACES》期刊 发表名为“A Highly Sensitive Graphene Aerogel Pressure Sensor Inspired by Fluffy Spider Leg”的论文，研究以蜘蛛蓬松的腿为灵感，基于具有仿生结构的石墨烯气凝胶膜（GAF）建立了一种高灵敏度压力传感器。

采用双向冷冻技术制备了具有层状层和层间枝晶的仿生GAF。层间特殊的绒毛状树枝状结构使 GAF 传感器在压力下具有优异的性能：7.48 kPa –1的高灵敏度, 5Pa的检测下限，31ms的超快响应时间，38 ms的恢复时间，1000多次循环后工作稳定。这种仿生GAF压力传感器通过实时监测人体脉搏和超轻物体的称重，为柔性电子产品铺平了道路。此外，该方法强调了通过模仿各种生物结构开发高灵敏度压力传感器的有效途径。

图文导读

图1、仿生石墨烯气凝胶膜 (GAF) 压力传感器的制造、微观结构和表征

图2、仿生 GAF 压力传感器的性能

图3、仿生 GAF 压力传感器的快速响应和循环稳定性

图4、压力作用下两种微观结构的有限元建模分析

图5、仿生 GAF 传感器的应用

小结

综上所述，利用双向冷冻技术研制了一种仿蜘蛛腿的仿石墨烯气凝胶膜压力传感器。该传感器可用于监测脉冲信号和称重超轻物体，显示了其在柔性和可穿戴电子设备中的潜在应用。这项工作为模拟生物结构设计高灵敏度传感器提供了一种有效的策略。