針對個(gè)性化醫療監護的需求，對柔性、超敏、可擠壓、可貼裝和可穿戴傳感器的需求日益增長(cháng)，因此有必要探索基于納米聚合物復合材料的新型傳感器。下面介紹一下關(guān)于敏感的3D可壓縮石墨烯-聚二甲基硅氧烷(PDMS)泡沫壓阻傳感器。該傳感器通過(guò)將多層石墨烯納米顆粒注入糖基多孔PDMS泡沫結構中來(lái)實(shí)現。所制得的壓阻式泡沫塑料傳感器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮應變測試結果顯示，在0-50%的應變范圍內，存在兩個(gè)線(xiàn)性響應區域，平均應變因子為2.87~8.77。此外，動(dòng)態(tài)刺激響應揭示了傳感器的能力，有效地跟蹤動(dòng)態(tài)壓力高達70赫茲的頻率。該傳感器在36000次循環(huán)壓縮載荷和100次完整的人類(lèi)步態(tài)運動(dòng)周期中顯示出很高的穩定性。通過(guò)仿真步態(tài)模型和實(shí)時(shí)步態(tài)表征實(shí)驗，3D傳感泡沫體可精確的對人體步態(tài)進(jìn)行監測。實(shí)時(shí)步態(tài)實(shí)驗表明，鞋底三個(gè)位置的壓力分布信息不僅可以區分步行和跑步等不同的人類(lèi)步態(tài)，還可以識別可能的跌倒情況。本論文還展示了傳感器區分足部解剖結構的能力，如扁平足(低中心弓)和中弓腳，這是更有效的生物力學(xué)。此外，傳感器能夠感知各種基本的關(guān)節運動(dòng)反應，證明它們適合于個(gè)性化醫療應用。

1. 可壓縮石墨烯-PDMS泡沫傳感器的制備：(a)多層石墨烯納米薄片(MLG)滲透PDMS泡沫的示意圖；(b)具有電觸點(diǎn)的單一PDMS-MLG泡沫傳感器的示意圖：(c)石墨烯-PDMS泡沫傳感器的(c)可擠壓性和(d)超輕性。

2. 負載MLG前后PDMS泡沫的SEM圖：(a, b)不同放大倍數下未PDMS泡沫體的多孔結構；(c, d) 載有MLG兩種不同放大倍數的PDMS泡沫，其孔壁被MLG納米薄片覆蓋，形成一個(gè)納米材料滲透網(wǎng)絡(luò )。

3. 石墨烯-PDMS泡沫傳感器中可能的應變誘導電阻調制機制的示意圖：(a)傳感器中觀(guān)察到的應變誘導電阻調制的導電域斷開(kāi)機制的示意圖；(b)應力誘導隧穿電阻調制的示意圖。

4.石墨烯-PDMS泡沫傳感器表征：(a)用于進(jìn)行壓阻性表征實(shí)驗的裝置的示意圖；(b)石墨烯- PDMS泡沫傳感器的歸一化電阻隨外加壓縮應變的變化曲線(xiàn)高達9.5%；(c)用于在10-50%范圍內對較大的壓縮應變進(jìn)行壓阻特性實(shí)驗的裝置示意圖；(d)在不同應變下(10% ~ 50%)，5種不同壓縮載荷下傳感器響應歸一化電阻變化曲線(xiàn)圖；(e)疊加圖，顯示了傳感器在10%-50%五種不同壓縮應變下的歸一化電阻變化；(f)柱狀圖顯示了石墨烯- PDMS泡沫傳感器在10%-50%五種不同壓縮應變下的計算應變因子。

5. 循環(huán)壓縮加載和動(dòng)態(tài)應變傳感特性的石墨烯泡沫塑料傳感器：(a)傳感器在5%壓縮應變下對循環(huán)加載和卸載的響應；(b)傳感器在10 Hz時(shí)時(shí)域響應的曲線(xiàn)圖；(c)在35 Hz和70 Hz時(shí)傳感器響應的FFT振幅圖。

6. 石墨烯- PDMS泡沫傳感器在人體步態(tài)監測中的應用：(a)傳感器對模擬步態(tài)的響應圖；(b)軟鞋底傳感器組件(SSA)示意圖；(c)顯示步行時(shí)腳趾球和腳后跟區域的傳感器響應圖；(d)顯示跑步時(shí)腳趾球、足弓和腳后跟區域的傳感器響應圖；(e)顯示周期性前后傾時(shí)腳趾球、足弓和腳跟區域的傳感器響應。

7. 石墨烯- PDMS泡沫傳感器在足部解剖和人體運動(dòng)監測中的應用：(a)比較低足弓/扁平足與中等足弓生物力學(xué)效率的圖像；(b)比較兩種不同足型獲得的SSA壓力響應；(c)傳感器對食指輕彈的響應；(d)傳感器對手腕輕彈的響應。

本文來(lái)自石墨烯雜志，本文觀(guān)點(diǎn)不代表利特納米立場(chǎng)，不做任何商用，僅供大家學(xué)習探討，轉載請聯(lián)系原作者。