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清华微纳电子系任天令团队在纹身式电子皮肤方面取得突破

清华任天令教授课题组在石墨烯织物应力传感器研究取得重要进展


清华新闻网8月30日电 8月28日,清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会纳米》上发表了题为《用于人体运动检测的负电阻变化石墨烯织物应变传感器》的研究论文。该传感器呈现出一种全新的特性,显示出负电阻变化特征,传感器与衣物完美贴合,可以直接缝制在衣物上用于检测腹式呼吸速率、脉搏等。该传感器真正实现了与服装完美的集成,在生理信息检测和人体活动监测等方面有着重大的应用前景。

吉祥体育手机官网,近年来,柔性力学传感器在人体生理信号检测方面的应用已经日渐成为了学术界的研究热点。传统的电阻型力学传感器大多采用的是导电材料与高分子柔性衬底的结合体制备而成,虽然也具有柔性特点,但是由于高分子的不透气性,长时间与人体接触会造成不适感。

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人体运动检测示意图,传感器灵敏度,脉搏信号,腹式呼吸监测结果

任天令教授团队基于高温还原石墨烯,将石墨烯与织物相结合,不需要传统的高分子聚合物进行塑封,真正实现了器件与衣物的完美融合。通过电阻变化对人体各种运动进行监测。器件经过水洗处理,依然保持较高的稳定性,石墨烯起到“染色剂”的作用,对衣物进行染色,赋予器件优异的性能。该器件在监测人体生理信号方面有着优异的性能,例如脉搏,腹式呼吸,关节运动和面部表情,还能实现对走,跑等走路姿态的监测。

近年来,任天令教授致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索,尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件,在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面已获得了多项创新成果,如柔性石墨烯发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器、极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等相关成果,有多篇论文发表于《自然通讯》(Nature Communications)《先进材料》(Advanced Materials)《纳米快报》(Nano Letters)《美国化学学会纳米》(ACS Nano)等国际著名学术期刊。

清华大学微纳电子系硕士生杨珍、博士生庞于为文章的共同第一作者,微纳电子系任天令教授及其团队教师杨轶副教授为论文的通讯作者,该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。

论文链接:

供稿:微电子与纳电子学系 编辑:华山 审核:襄楠

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清华微纳电子系任天令团队在纹身式电子皮肤方面取得突破


清华新闻网7月31日电 7月24日微纳电子系任天令教授团队在纳米领域著名期刊《美国化学学会纳米》上发表了题为《多层石墨烯表皮电子皮肤》(“Multilayer Graphene Epidermal Electronic Skin”)的研究论文。该器件实现了可定制的石墨烯电子纹身,具有极高的灵敏度,可以直接贴覆在皮肤上用于探测呼吸、心率、发声等多重功能,未来在运动监测、睡眠监测、生物医疗等方面具有重大应用前景。

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图1. 贴覆于人体与物体表面的定制化石墨烯纹身

电子皮肤是一种重要的生物医学传感器,要求器件拥有好的柔韧性和可伸缩性、高灵敏度、好的贴合度和舒适度。石墨烯由于其出色的导电性和柔韧性,是电子皮肤的理想材料。但是将石墨烯更加舒适、美观、稳定、可靠地贴合在皮肤表面,从而采集各种生理信号仍然是一个亟待解决的问题。

任天令教授团队基于激光还原石墨烯,将石墨烯与纹身相结合,模仿了电子皮肤的功能。可以通过电阻变化对皮肤表面的微小形变进行监测。在图形化的过程中,团队在国际上首创了湿法剥离氧化石墨烯的新工艺,去除石墨烯氧化物,只留存石墨烯,使得器件更加美观,灵敏度更高,耐受更高的温度。该项技术采用水转工艺,衬底超薄,没有穿戴不适感。此外,由于激光直写可编程的优势,石墨烯的图案可以进行个性化设计。除了测量皮肤表面的拉伸与压缩,这种石墨烯的纹身还可以利用牺牲层工艺转移到多种衬底上,例如树叶,丝绸等等。通过贴附在口罩、手腕、喉咙、人中等多个位置分别实现对呼吸,心跳,语音等人体信号的测量。测试者佩戴时并不会影响正常活动。器件在睡眠呼吸、语音等多方面的应用潜力,未来如果普及可以让人们随时随地了解自己身体状况。

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图2. 剥离工艺可以大幅度提高传感器灵敏度以便于测量各种生理学信号

通过对于激光直写石墨烯围观纹路的观察与分析,任天令教授团队建立了以石墨烯条带为基元的裂痕理论模型,较好地模拟了应力引起的阻值变化过程。近年来,任天令教授致力于石墨烯器件的基础研究和实用化应用的探索,尤其关注研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件,在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面已获得了多项创新成果,如柔性石墨烯发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器、极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等相关成果,有多篇论文发表于《自然通讯》(Nature Communications)《先进材料》(Advanced Materials)《纳米快报》(Nano Letters)《美国化学学会纳米》(ACS Nano)等国际著名期刊。

微纳电子系博士生乔彦聪等为文章的共同第一作者,微纳电子系任天令教授及其团队教师是论文的通讯作者,该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。

论文链接:

供稿:微纳电子学系 编辑:华山 审核:襄楠

导读:在石墨烯油墨沉积于织物上之后,再通过热处理步骤改善改质石墨烯的导电性。研究人员表示,化学改质的石墨烯对于棉纤维的粘附性类似于棉纱保持着色染料的方式,使得棉织物可在经过几次洗涤后仍保持其导电性。

在石墨烯油墨沉积于织物上之后,再通过热处理步骤改善改质石墨烯的导电性。研究人员表示,化学改质的石墨烯对于棉纤维的粘附性类似于棉纱保持着色染料的方式,使得棉织物可在经过几次洗涤后仍保持其导电性。

8月28日,清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会纳米》上发表了题为《用于人体运动检测的负电阻变化石墨烯织物应变传感器》的研究论文。该传感器呈现出一种全新的特性,显示出负电阻变化特征,传感器与衣物完美贴合,可以直接缝制在衣物上用于检测腹式呼吸速率、脉搏等。该传感器真正实现了与服装完美的集成,在生理信息检测和人体活动监测等方面有着重大的应用前景。

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