南京工业大学IAM团队《先进材料》：超拉伸全碳复合网络多功能柔性电子传感器

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2017-06-22 16:12

正文

开发和制造多功能智能微电子器件对很多应用领域都具有非常大的影响，柔性可穿戴电子器件在电子皮肤和人机互动等领域的应用一直是科研人员追踪的热点，多种敏感材料、敏感机理和器件结构以及制备方法都被开发出来了。但是这些器件的性能或应用多局限在单一功能方面，多功能柔性电子器件的开发仍需要突破。

南京工业大学IAM团队董晓臣教授、黄维教授与沙特国王大学Li Lain-Joon教授合作通过两步化学气相沉积方法设计出了一种全碳复合纳米网络结构，并将其用于柔性电子传感，同时兼具高灵敏性、高拉伸性、高选择性和极高信噪比等优越性能，得到的柔性应变传感器也可以同时检测人体微小生理信号与大尺寸身体形变等。

全碳复合纳米网络

研究者通过两步化学气相沉积方法将三维石墨烯网络与原位生长的碳纳米管构建成协作交联网络，结合了应变传感时石墨烯高灵敏性和碳纳米管高拉伸性的双重优势，在性能上赋予其灵敏性和拉伸性比单一材料更好的效果，可作为多功能集成电子器件的敏感材料。

▲ 图a.拉伸和恢复过程中三维石墨烯和碳纳米管复合网络的协作形变，碳纳米管在裂痕处起桥梁作用。

多种应用集于一体

全碳复合网络制备的柔性电子传感，不单纯灵敏度高，还具有高的信噪比，能够排除外界干扰，准确检测人体的各种微小生理信号，实现区别检测。

▲ 图b.实时监测和区别人手腕脉搏和颈静脉、区分孕妇和运动前后的手腕脉搏。

该全碳复合网络制备的柔性电子传感器对高频率的音波也有很好的检测和区分性能。

▲ 图c.全碳复合网络制备的柔性电子传感器对高频音乐的检测。

复合交联全碳网络对大尺寸形变，如人类的肢体运动也可以实现实时监测。

▲ 图d.全碳复合网络制备的柔性电子传感器对大尺寸肢体运动的检测性能。

针对全碳复合网络制备的柔性电子传感器，研究者还展示出多种应用场景，该研究的最大意义在于，通过简单的制备即可得到无毒无害、集多功能与一体的可穿戴柔性电子器件，且具有更高的实用性和耐久性，对于多功能材料与器件的开发有着重要的启示作用。

参考文献：

Yichen Cai, Jie Shen, Ziyang Dai, et al. Extraordinarily Stretchable All‐Carbon Collaborative Nanoarchitectures for Epidermal Sensors[J]. Advanced Materials, 2017.DOI: 10.1002/adma.201606411