基于柔性三維氧化石墨烯（3D GO）的壓阻式傳感器被認(rèn)為是下一代可穿戴電子產(chǎn)品最重要的組件之一。盡管潛力巨大，但3D GO壓阻傳感器的靈敏度受到其無(wú)序微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部彈性缺陷的嚴(yán)重限制，無(wú)法捕獲微小信號(hào)。盡管通過(guò)化學(xué)還原和隨后的冷凍干燥過(guò)程致力于提高其性能，但實(shí)現(xiàn)基于3D GO的傳感器同時(shí)具有超高靈敏度和低檢測(cè)限仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在這里，提出了一種簡(jiǎn)單且具有成本效益的策略，通過(guò)用日常使用的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)表面活性劑誘導(dǎo)GO液晶(GO LCs)和柔性超輕3D GO/SBDS誘導(dǎo)GO液晶(GO LCs)來(lái)重建其原始無(wú)序骨架(GS)，具有雙壁蜂窩狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合氣凝膠被成功制造。制備的3D GS復(fù)合氣凝膠具有顯著改善的傳感性能，具有1.48 kPa
-1的優(yōu)良靈敏度、0.05%應(yīng)變的低檢測(cè)限、超過(guò)10000次循環(huán)的抗疲勞性和20.86 ms的快速響應(yīng)時(shí)間。重要的是，敏感傳感器已應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)指尖脈搏，為現(xiàn)有的復(fù)雜健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)力的替代方案。
Figure 1. 雙壁蜂窩狀GS復(fù)合氣凝膠的合成過(guò)程包括（1）使用改進(jìn)的Hummers方法制備GO LCs凝膠，(2) 通過(guò)經(jīng)濟(jì)高效的SDBS表面活性劑形成骨架并誘導(dǎo)自組裝，(3) 通過(guò)冷凍干燥制備GS氣凝膠。（a1）GO LCs懸浮液的偏振光學(xué)顯微（POM）圖像；(a2) GS分散體中的均勻微泡和 (a3) GS氣凝膠的SEM圖。(b) 具有超低密度 (ρ=12.5 mg cm
−3) 的GS氣凝膠的數(shù)字圖像，可以立在蒲公英上。 （c）GS復(fù)合材料合成的示意圖。
Figure 2. (a-c) GO LC中SBDS質(zhì)量百分比為2、4 和6 wt%的GS氣凝膠的SEM 圖；(d-f) GS-8氣凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖，比例尺 = 50；(g-i) GS-10氣凝膠在不同放大倍數(shù)下的SEM圖。
Figure 3. (a-d)具有不同GO含量為2、4、6 和8 wt%的GS氣凝膠的TEM圖； (e) GS-8氣凝膠的高分辨率TEM(HRTEM)圖，插圖是GS納米片的SAED圖，以及(f) GO的相應(yīng)晶格條紋(0.347 nm)。
Figure 4. 樣品的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分表征：GO、3DGO、SDBS和GS氣凝膠的（a）XRD圖、（b）拉曼光譜、（c）FTIR光譜和（d）XPS光譜。
Figure 5. GS-8氣凝膠作為壓阻傳感器的特性：(a) GS-8 氣凝膠在設(shè)定應(yīng)變?yōu)?-85% 時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)曲線；(b) GS-8氣凝膠傳感器在2-85%的相應(yīng)設(shè)定應(yīng)變下的I-T；(c) GS-8氣凝膠傳感器在設(shè)定應(yīng)變?yōu)?-85% 時(shí)的I-V曲線；(d) GS-8氣凝膠傳感器的即時(shí)響應(yīng)，其響應(yīng)時(shí)間為20.86 ms；(e) ΔI/I
0作為壓力的函數(shù)；(f) GS-8氣凝膠傳感器在周期性加載和卸載條件下10000次循環(huán)的耐久性測(cè)試。
Figure 6. GS-8氣凝膠檢測(cè)限低、工作范圍廣：(a) GS-8傳感器的檢測(cè)限測(cè)試；(b) GS-8傳感器在20%應(yīng)變下使用不同壓縮率的ΔI/I
0；(c) GS-8傳感器在不同壓縮應(yīng)變下的循環(huán)響應(yīng)曲線；(d)棉花(m=14 mg)和羽毛(m=7 mg)的細(xì)微檢測(cè)；(e) GS-8傳感器在85%應(yīng)變下多循環(huán)壓縮1000次循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；(f) 1000次循環(huán)的相對(duì)高度和楊氏模量。
Figure7. GS-8傳感器用于實(shí)時(shí)探索人體全方位活動(dòng)：（a）傳感器在正常情況下（65次min
-1）和運(yùn)動(dòng)后貼在頸部時(shí)的頸動(dòng)脈脈搏信號(hào)記錄（83拍 min
-1)；(b)當(dāng)傳感器貼在喉嚨上時(shí)，針對(duì)不同發(fā)音的信號(hào)記錄；(c)手指觸摸的信號(hào)記錄；(d)手指彎曲的信號(hào)記錄，插圖顯示彎曲程度；(e)肘部彎曲的信號(hào)記錄，(f)行走的信號(hào)記錄。
Figure 8. GS-8傳感器的指尖脈搏監(jiān)測(cè)：（a）五個(gè)指尖的脈搏波形：拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指。各受試者的指尖脈搏波（b）和橈動(dòng)脈（c）：26歲女性，心率78次min
-1，25歲男性，心率67次min
-1 。來(lái)自食指的單個(gè)脈搏波：男性 (e) 和女性 (f)，顯示 P 波、T 波和 D 波。從食指節(jié)段監(jiān)測(cè)的脈沖信號(hào) (d) 和使用應(yīng)變傳感器 (g) 的指尖脈沖監(jiān)測(cè)演示。
Figure9. 基于GS-8傳感器的功能性壓力傳感陣列：(a)柔性透明基板上的4×4傳感器像素陣列；靈活的4×4 GS-8氣凝膠傳感陣列；(b)傳感陣列結(jié)構(gòu)示意圖 (c， d) 平板感應(yīng)陣列上的電池和相應(yīng)的信號(hào)輸出；(e-f) 手鐲上的平面感應(yīng)陣列和信號(hào)輸出。
相關(guān)研究成果由中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究Sheng rong Yang課題組所發(fā)表在《Carbon》（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.08.010）上。原文：Surfactant Stabilized GO Liquid Crystal for Constructing Double-walled Honeycomb-like GO Aerogel with Super-sensitivity for Fingertip Pulse Monitoring。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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