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  近年來，“大數(shù)據”、“人工智能”逐漸成為發(fā)展熱點，柔性電子器件的研發(fā)也因此受到很高的關注度，壓力傳感器，是柔性電子技術的核心器件，在制備過程中，如何進行材料選擇及結構設計是壓力傳感器高性能化的關鍵問題。

  褶皺結構在自然界中廣泛存在，通常是因受力不均而產生的彎曲變形，如人體皮膚表面便存在大量的褶皺結構。

  近期，北京化工大學潘凱研究員與鄧建平教授合作，將褶皺結構引入壓力傳感器結構設計中，通過控制柔性基底的拉伸比等條件，成功制備出規(guī)則且具有連續(xù)梯度褶皺結構的柔性壓力傳感器。在壓力傳感器中引入褶皺結構的優(yōu)勢在于：（1）能夠實現(xiàn)材料由二維結構向三維結構的轉變，提高材料的比表面積，增大活性材料間相互接觸作用的潛在空間性；（2）可以通過前期對彈性基底拉伸比率等條件的控制，優(yōu)化材料的柔性及拉伸性能；（3）同時褶皺結構的獨特形貌，也更利于器件性能保持良好穩(wěn)定性。故這種具有褶皺結構設計的壓力傳感器可表現(xiàn)出較高的靈敏度，良好的柔性及優(yōu)異的穩(wěn)定性，可以用于人體生理運動檢測，壓力定位檢測等多方面。

圖1 連續(xù)梯度褶皺結構的制備示意圖

  結合褶皺形成的特點，還進一步提出“連續(xù)梯度”這一概念，利用氧化石墨烯（GO）作為材料前驅體，通過控制柔性基底的拉伸比率及宏觀調控，成功制備具有梯度變化的規(guī)律性褶皺結構的石墨烯基復合膜。圖1所示是該種連續(xù)梯度褶皺的石墨烯基復合膜的兩種制備路徑，即褶皺結構排列方向與梯度方向平行或垂直。

圖2 連續(xù)梯度褶皺結構（褶皺結構排列方向與梯度方向平行）壓力傳感器形貌表征圖

圖3 連續(xù)梯度褶皺結構（褶皺結構排列方向與梯度方向平行）壓力傳感器性能及傳感機理圖

  圖2是路徑一所制備的連續(xù)梯度壓力傳感器結構表征。SEM圖中可明顯地看出褶皺結構排列方向與梯度方向平行的連續(xù)梯度褶皺結構，排列相對規(guī)則。進一步將GO前驅體還原后，獲得導電性優(yōu)異且具有空腔組成的rGO褶皺，空腔結構的存在為傳感器穩(wěn)定性及高靈敏度奠定了堅實的基礎。此壓力傳感器的作用機理如圖3所示，由于連續(xù)梯度褶皺的存在，傳感器會與平面本身存有一個角度，隨著施加壓力的改變，褶皺與電極的接觸狀態(tài)不同，接觸面積也隨之改變，使得傳感器在不同壓力范圍內，表現(xiàn)出相應的優(yōu)良性能。

圖4 連續(xù)梯度褶皺結構（褶皺結構排列方向與梯度方向垂直）壓力傳感器制備示意圖

圖5 連續(xù)梯度褶皺結構（褶皺結構排列方向與梯度方向垂直）壓力傳感器微結構及傳感機理圖

  圖4是路徑二所制備的連續(xù)梯度壓力傳感器示意圖及結構表征，該褶皺結構排列方向與梯度方向相互垂直，與人體皮膚的構造非常相似，且將前驅體材料還原后，由于氣態(tài)物質的產生，褶皺表面形成了圓頂狀的微觀結構，rGO也發(fā)生層間膨脹，片層間間距增大。由于這兩種微結構的存在，不同壓力下褶皺結構存在的形態(tài)具有明顯差異，顯示出多級敏感性。如圖5所示，該壓力傳感器表現(xiàn)出四段式優(yōu)異靈敏度。該工作已作為Back Cover發(fā)表于Nanoscale。

圖6 Back Cover

  以上相關成果文章鏈接：

  Wavelength-Gradient Graphene Films for Pressure-Sensitive Sensors 發(fā)表于Advanced Materials Technologies, 2018, 

  DOI: 10.1002/admt.201800363，潘凱研究員與鄧建平教授為共同通訊作者，第一作者為碩士研究生王銘銻、邱遠游。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/admt.201800363

  Skin-inspired flexible and high-sensitivity pressure sensors based on rGO films with continuous-gradient wrinkles 發(fā)表于Nanoscale, 2019,

  DOI: 10.1039/C8NR08503J，

  潘凱研究員與鄧建平教授為共同通訊作者，第一作者為碩士研究生賈進。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/nr/c8nr08503j