基于高皮肤共形激光诱导石墨烯的人体运动监测传感器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:19
文章英文标题
Highly Skin-Conformal Laser-Induced Graphene-Based Human Motion Monitoring Sensor
正文
基于弹性体导电聚合物复合材料的生物相容性应变传感器在人体监测装置中发挥着重要作用。然而,制造高灵敏度、类似皮肤的(柔性和可拉伸)应变传感器,具有广阔的工作范围仍然是一个巨大的挑战。本文报道了一种通过混合聚合物溶液制备弹性体导电蒙皮复合材料的新工艺。我们的e-skin基底是根据聚二甲基硅氧烷( PDMS )和光敏聚酰亚胺( PSPI )溶液的重量制备的,可以控制基底颜色。在类皮肤基底上形成激光诱导石墨烯( LIG ),研制了一种e-皮肤三维柔性应变传感器。对于一步法工艺,采用激光直写法( LDW )制备了具有闭孔多孔结构的耐久LIG / PDMS / PSPI复合材料。石墨烯片层的LIG包复在闭孔结构上构成可变形的导电通路。与闭孔结构集成的LIG在施加拉伸应变时加剧了导电网络的变形,增强了灵敏度。我们的传感器不仅能有效地监测人的精力充沛的运动,还能监测微妙的振动和生理信号,用于智能声音传感。类皮肤应变传感器表现出超宽传感范围( 120 %应变)、大灵敏度(规整因子~ 380 )、短响应时间( 90 ms )和恢复时间( 140 ms )的完美结合,以及优越的稳定性。我们的传感器在可穿戴健康监测设备、机器人触觉系统和人机接口系统中具有巨大的创新应用潜力。
文章内容(英文)
Bio-compatible strain sensors based on elastomeric conductive polymer composites play pivotal roles in human monitoring devices. However, fabricating highly sensitive and skin-like (flexible and stretchable) strain sensors with broad working range is still an enormous challenge. Herein, we report on a novel fabrication technology for building elastomeric conductive skin-like composite by mixing polymer solutions. Our e-skin substrates were fabricated according to the weight of polydimethylsiloxane (PDMS) and photosensitive polyimide (PSPI) solutions, which could control substrate color. An e-skin and 3-D flexible strain sensor was developed with the formation of laser induced graphene (LIG) on the skin-like substrates. For a one-step process, Laser direct writing (LDW) was employed to construct superior durable LIG/PDMS/PSPI composites with a closed-pore porous structure. Graphene sheets of LIG coated on the closed-porous structure constitute a deformable conductive path. The LIG integrated with the closed-porous structure intensifies the deformation of the conductive network when tensile strain is applied, which enhances the sensitivity. Our sensor can efficiently monitor not only energetic human motions but also subtle oscillation and physiological signals for intelligent sound sensing. The skin-like strain sensor showed a perfect combination of ultrawide sensing range (120% strain), large sensitivity (gauge factor of ~380), short response time (90 ms) and recovery time (140 ms), as well as superior stability. Our sensor has great potential for innovative applications in wearable health-monitoring devices, robot tactile systems, and human–machine interface systems.
来源出处
Journal|[J]NanomaterialsVolume 11, Issue 4. 2021. PP 951-951
DOI
https://doi.org/10.3390/NANO11040951

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