基于柔性三維氧化石墨烯（3D GO）的壓阻式傳感器被認為是下一代可穿戴電子產品最重要的組件之一。盡管潛力巨大，但3D GO壓阻傳感器的靈敏度受到其無序微觀結構和內部彈性缺陷的嚴重限制，無法捕獲微小信號。盡管通過化學還原和隨后的冷凍干燥過程致力于提高其性能，但實現基于3D GO的傳感器同時具有超高靈敏度和低檢測限仍然是一個巨大的挑戰。在這里，提出了一種簡單且具有成本效益的策略，通過用日常使用的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)表面活性劑誘導GO液晶(GO LCs)和柔性超輕3D GO/SBDS誘導GO液晶(GO LCs)來重建其原始無序骨架(GS)，具有雙壁蜂窩狀結構的復合氣凝膠被成功制造。制備的3D GS復合氣凝膠具有顯著改善的傳感性能，具有1.48 kPa
-1的優良靈敏度、0.05%應變的低檢測限、超過10000次循環的抗疲勞性和20.86 ms的快速響應時間。重要的是，敏感傳感器已應用于實時監測指尖脈搏，為現有的復雜健康監測系統提供了一個有競爭力的替代方案。
Figure 1. 雙壁蜂窩狀GS復合氣凝膠的合成過程包括（1）使用改進的Hummers方法制備GO LCs凝膠，(2) 通過經濟高效的SDBS表面活性劑形成骨架并誘導自組裝，(3) 通過冷凍干燥制備GS氣凝膠。（a1）GO LCs懸浮液的偏振光學顯微（POM）圖像；(a2) GS分散體中的均勻微泡和 (a3) GS氣凝膠的SEM圖。(b) 具有超低密度 (ρ=12.5 mg cm
−3) 的GS氣凝膠的數字圖像，可以立在蒲公英上。 （c）GS復合材料合成的示意圖。
Figure 2. (a-c) GO LC中SBDS質量百分比為2、4 和6 wt%的GS氣凝膠的SEM 圖；(d-f) GS-8氣凝膠在不同放大倍數下的SEM圖，比例尺 = 50；(g-i) GS-10氣凝膠在不同放大倍數下的SEM圖。
Figure 3. (a-d)具有不同GO含量為2、4、6 和8 wt%的GS氣凝膠的TEM圖； (e) GS-8氣凝膠的高分辨率TEM(HRTEM)圖，插圖是GS納米片的SAED圖，以及(f) GO的相應晶格條紋(0.347 nm)。
Figure 4. 樣品的結構和化學成分表征：GO、3DGO、SDBS和GS氣凝膠的（a）XRD圖、（b）拉曼光譜、（c）FTIR光譜和（d）XPS光譜。
Figure 5. GS-8氣凝膠作為壓阻傳感器的特性：(a) GS-8 氣凝膠在設定應變為2-85% 時的應力-應變(σ-ε)曲線；(b) GS-8氣凝膠傳感器在2-85%的相應設定應變下的I-T；(c) GS-8氣凝膠傳感器在設定應變為2-85% 時的I-V曲線；(d) GS-8氣凝膠傳感器的即時響應，其響應時間為20.86 ms；(e) ΔI/I
0作為壓力的函數；(f) GS-8氣凝膠傳感器在周期性加載和卸載條件下10000次循環的耐久性測試。
Figure 6. GS-8氣凝膠檢測限低、工作范圍廣：(a) GS-8傳感器的檢測限測試；(b) GS-8傳感器在20%應變下使用不同壓縮率的ΔI/I
0；(c) GS-8傳感器在不同壓縮應變下的循環響應曲線；(d)棉花(m=14 mg)和羽毛(m=7 mg)的細微檢測；(e) GS-8傳感器在85%應變下多循環壓縮1000次循環的應力-應變曲線；(f) 1000次循環的相對高度和楊氏模量。
Figure7. GS-8傳感器用于實時探索人體全方位活動：（a）傳感器在正常情況下（65次min
-1）和運動后貼在頸部時的頸動脈脈搏信號記錄（83拍 min
-1)；(b)當傳感器貼在喉嚨上時，針對不同發音的信號記錄；(c)手指觸摸的信號記錄；(d)手指彎曲的信號記錄，插圖顯示彎曲程度；(e)肘部彎曲的信號記錄，(f)行走的信號記錄。
Figure 8. GS-8傳感器的指尖脈搏監測：（a）五個指尖的脈搏波形：拇指、食指、中指、無名指、小指。各受試者的指尖脈搏波（b）和橈動脈（c）：26歲女性，心率78次min
-1，25歲男性，心率67次min
-1 。來自食指的單個脈搏波：男性 (e) 和女性 (f)，顯示 P 波、T 波和 D 波。從食指節段監測的脈沖信號 (d) 和使用應變傳感器 (g) 的指尖脈沖監測演示。
Figure9. 基于GS-8傳感器的功能性壓力傳感陣列：(a)柔性透明基板上的4×4傳感器像素陣列；靈活的4×4 GS-8氣凝膠傳感陣列；(b)傳感陣列結構示意圖 (c， d) 平板感應陣列上的電池和相應的信號輸出；(e-f) 手鐲上的平面感應陣列和信號輸出。
相關研究成果由中國科學院蘭州化學物理研究Sheng rong Yang課題組所發表在《Carbon》（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.08.010）上。原文：Surfactant Stabilized GO Liquid Crystal for Constructing Double-walled Honeycomb-like GO Aerogel with Super-sensitivity for Fingertip Pulse Monitoring。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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