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中国地质大学《Adv Sci》:装甲设计的多孔闪光石墨烯,用于可穿戴技术
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-05-13  点击数:107

  1成果简介
  柔软的皮肤电极在可穿戴技术中发挥着重要作用,需要具备佩戴舒适、高导电性和气体渗透性等特性。然而,传统的制造方法往往在简易性、成本效益或机械弹性方面大打折扣。本文,中国地质大学周琪涛 教授、邓恒 教授、南京农业大学张诚 副教授等在《ADVANCED SCIENCE》期刊发表名为“Bioinspired Robust Gas-Permeable On-Skin Electronics: Armor-Designed Nanoporous Flash Graphene Assembly Enhancing Mechanical Resilience”的论文,研究介绍了一种机械坚固且气体可渗透的皮肤电极,它将闪石墨烯(FG)与生物启发装甲设计相结合。
  闪速石墨烯是通过闪速焦耳加热工艺合成的,具有小尺寸和涡轮状排列,非常适合组装具有纳米孔结构的导电网络。利用丝网印刷技术将 FG 组装嵌入聚丙烯熔喷非织造布(PPMF)的框架中,形成具有低薄片电阻(125.2 ± 4.7 Ω/□)和高气体渗透性(约10.08 mg cm-2 h-¹)的柔软皮肤电极。铠甲 "框架通过粘附性、耐洗性和 10,000 次机械接触摩擦测试,确保了持久的机械稳定性。FG/PPMF 电极可用于心电图(ECG)和肌电图(EMG)监测,并可作为自供电的三电传感器,有望实现可扩展的高性能柔性传感应用,从而丰富集成可穿戴技术的前景。
  2图文导读 


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  图1、FG/PPMF电极的设计、结构和功能,具有出色的机械坚固性和透气性

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  图2、FG的制备和表征


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  图3、丝网印刷FG/PPMF电极的制备和球磨时间的优化


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  图4、FG/PPMF电极的透气性和长期磨损舒适性测试


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  图5、FG/PPMF电极的机械稳定性和防水性能。


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  图6、使用 FG/PPMF 电极贴片进行 ECG 和 EMG 测量。


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  图7、FG/PPMF电极作为摩擦电纳米发电机(TENG)传感器的演示
  3小结
  综上所述,作者通过整合“装甲”设计策略和FG的涡轮层特性,展示了一种机械坚固且透气的皮上FG/PPMF电极。我们设计了一种简单的方法,将高透气性 FG 组装填料嵌入保护性多孔 PPMF 基材中。通过非平衡FJH工艺合成,FG的涡轮层特性可防止不良的AB堆叠,确保具有纳米孔结构的连续导电网络。这种组装与定制的丝网印刷技术相结合,产生了坚固、透气的多功能皮肤电极。具有 125.2 ± 4.7 Ω/□ 的低薄层电阻和出色的透气性 (约10.08 mg cm−2h−1),FG/PPMF电极表现出显著的稳定性,经受住了附着力和可清洗性测试,并经受了10000次机械接触循环。当用作传感器时,FG/PPMF电极在生理信号监测、人机交互和摩擦电能产生方面表现出色。凭借这些优势,我们的研究有助于多功能集成柔性可穿戴传感器的潜在应用,例如健康监测、行为监测和人机交互。它为未来可扩展的高性能柔性传感应用带来了巨大的希望。
  文献:


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