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    清華大學任天令教授團隊《ACS Nano》:在柔性壓力傳感器方面取得突破
    2020-07-21  來源:中國聚合物網

      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管石墨烯壓力傳感器”(Triode-Mimicking Graphene Pressure Sensor with Positive Resistance Variation for Physiology and Motion Monitoring)的研究論文。該器件實現了可定制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于探測呼吸、脈搏等多重功能,并實現了人體多部位血壓值和波形采集、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。


    石墨烯柔性壓力傳感器


      壓力傳感器是一種重要的信號采集器件,要求器件同時兼顧較高的靈敏度和較大的量程,同時為了用于人體信號采集,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系相互制約,從而使得性能難以提高。


      任天令教授團隊基于激光還原石墨烯,將石墨烯與硅橡膠柔性基底相結合,制備了類三極管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,模仿調節晶體管靜態工作點的方式,通過調節力學靜態偏置實現微小力學信號測量與放大。由于傳感器核心采用了激光還原的多層石墨烯,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制器件。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于足底壓力測量和步態監測,并組建了一個實時步態監測系統。


    石墨烯壓力傳感器實現人體多部位血壓測量以及步態監測系統


      近年來,任天令教授致力于石墨烯器件的基礎研究和實用化應用的探索,尤其關注研究突破傳統器件限制的新型微納電子器件,在新型石墨烯聲學器件和各類傳感器件方面已獲得了多項創新成果,如柔性石墨烯發聲器件、新型石墨烯阻變存儲器、光譜可調的石墨烯發光器件、石墨烯仿生突觸器件、可調石墨烯應力傳感器、仿生石墨烯壓力傳感器、極低功耗石墨烯鈣鈦礦阻變存儲器等相關成果曾多次發表于《自然通訊》(Nature Communications)、《先進材料》(Advanced Materials)、《納米快報》(Nano Letters)、《美國化學學會納米》(ACS Nano)、國際電子器件大會(IEDM)等。


      清華大學微納電子系碩士生吳祺和博士生喬彥聰是文章的共同第一作者,清華大學微電子所任天令教授是論文的通訊作者,該研究成果得到了國家自然基金重點項目和科技部項目的支持。


      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03294

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    (責任編輯:xu)
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