石墨烯傳感器作為石墨烯應用領域的重要分支，以其高靈敏度、快速響應和穩定性等優勢，在環境監測、生物傳感、醫療診斷等領域得到廣泛應用，并有望實現爆發性增長。作為重點布局“新能源與器件”領域的關鍵增長潛力，墨睿科技一直致力于石墨烯傳感器的研發與應用。

日前，墨?？萍紕撌既瞬探鹈鞑┦繋ьI研發團隊成功地將氧化石墨烯(GO)與絲素蛋白(SF)結合，創新性地制備出一種兼具柔性壓力傳感和高效油水分離的雙功能石墨烯氣凝膠(GSA)。該研究成果以“Anisotropic Free-Standing Aerogels Based on Graphene/Silk for Pressure Sensing and Efficient Adsorption”為題發表在國際高水平期刊ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 25, 30630–30642上。

圖1 GSA的制備過程及物理特性演示。(a)GSA的制備過程說明；(b)SF和GO的ζ電勢測試結果；(c)GSA超輕特性；(d)GSA導電特性。

在本研究中，GSA被進一步加工成三明治結構，并深入研究了其作為柔性可穿戴壓力傳感器的可能性。從研究結果看，由于GSA高度有序的各向異性結構，其可以通過壓阻效應快速、準確地將刺激信號轉化為電信號。GSA傳感器在0.5–30 kPa內的靈敏度分別為0.54 kPa-1（＜4 kPa）和0.21 kPa-1（＞4 kPa），且靈敏度線性均超過0.99；而且，該傳感器還具有良好的耐久性，在超過12000次循環后，實時電流值仍然保持在初始電流值的94%左右。GSA傳感器還被佩戴在人體上以用于健康監測、語音識別和運動捕捉，相關測試結果表明，它可以檢測和識別脈搏在內的一系列從小到大的壓力信號。

圖2 GSA 柔性傳感器在不同應用場景的信號監測。(a)手指敲擊；(b)手指彎曲；(c)手腕彎曲；(d)行走和奔跑；(e)手腕脈搏；(f)不同速度推動滑塊；(g)喉嚨吞咽；(h)不同字母的發音；(i)不同單詞的發音。

GSA柔性傳感器具備在不同應用場景進行信號監測的能力，從而能夠獲取各類生物力學的數據。如圖2(a)、(b)、(c)所示，通過將GSA柔性傳感器連接在手指、手腕等位置，并執行手指輕拍敲擊、食指逐漸彎曲、運動時手腕彎曲等動作，可以產生不同強度的脈沖信號，這些信號可用于監測人體手部運動的細節。GSA柔性傳感器還能夠精確捕捉運動節奏的快慢，如圖2(d)行走或奔跑的運動頻率能有效檢測并區分，圖2(g)手腕脈搏可以精確區分橈動脈脈搏的P波、T波與D波。這些數據進一步證實了GSA柔性傳感器在健康監測和醫療診斷領域的巨大應用潛力。

除此之外，GSA柔性傳感器還能夠敏銳地識別和分析微弱的喉部肌肉震動，如圖2(g)、(h)、(i)所示，未來可以利用其作為語音檢測、識別等功能的應用基礎。

目前，隨著石墨烯批量制備成本的降低和功能化定制工藝的成熟，石墨烯傳感器的制備進程得到了有效推進。這一發展將為傳感器領域帶來更為廣泛的應用前景，同時也為傳感器的發展指明了新的方向。在未來的發展中，石墨烯傳感器將會展現出更為快速的發展趨勢，為各類應用場景提供更為精準、高效的傳感解決方案。墨?？萍紝⒃诖搜芯砍晒幕A上加大研發投入，為客戶提供高性能、高品質的石墨烯產品和解決方案，以滿足如人機互動、醫療反饋傳感等明確的市場需求。