浙江农林大学《CEJ》：基于双层石墨烯膜的多模式传感器，用于人工电子皮肤和其他可穿戴设备

多模态传感器是一种设备，其特点是能够以各种方式做出反应，并能同时检测和区分环境变化，这对多功能可穿戴传感器的研究具有重要意义。然而，目前大多数关于多模态传感器的研究都在努力结合同步光强检测。 本文，浙江农林大学Yan Fan等研究人员在《 Chemical Engineering Journal》期刊 发表名为“Graphene bilayer film responsive to ultraviolet, humidity, and temperature”的论文， 研究 提出了一种新方法，利用氧化石墨烯，通过热还原工艺制造出不同氧含量的双层薄膜，实现了紫外线、湿度和温度的同时检测和分辨，同时展示了出色的灵活性和自供电能力。 所提出的结构揭示了氧化石墨烯中的氧官能团可在外部环境刺激下诱导质子生成，从而促进双层膜之间氧含量变化所产生的不对称电荷分布所驱动的质子快速迁移。这种创新的运行机制可为利用质子作为电荷载体实现电信号传输提供新的见解。此外，这种结构还具有设计人造电子皮肤和其他可穿戴设备的潜力，可在复杂环境中快速检测多种信号。

图1.GO/rGO 的制备过程、结构和表征。

图2.用于光检测的 GO/rGO双层膜

图3.用于湿度传感的GO/rGO双层薄膜。

图4.用于温度传感的 GO/rGO 双层薄膜。

图5.多反应组合实验。

在这项研究中，我们报告了一种仅使用氧化石墨烯作为原材料和简单的棒涂层技术来制造 GO/rGO 双层薄膜的方法。我们发现了一种独特的电子-质子耦合机制，它在两层薄膜的界面处产生了类似于半导体 PN 结中的内置电场的效应。这种机制可以驱动或影响 GO 薄膜内的质子，从而在环境条件发生变化时同时自发地检测紫外线、湿度和温度。我们的设备还具有出色的响应性能和自供电能力，同时材料本身也具有柔韧性和生物兼容性。此外，我们还模拟并展示了在不同环境条件下，该装置会输出与不同反应类型相对应的不同电信号，从而区分这些反应。与离子导电材料相比，质子在生物系统中的普遍存在及其独特的跳跃机制增强了rGO/GO异质结构双层器件在模拟人类和生物感知能力方面的设计潜力，为多功能可穿戴应用带来了巨大前景。