清華大學微電子系任天令教授團隊在《美國化學學會·納米》(ACS Nano)上發(fā)表了題為《仿生針刺隨機分布結(jié)構(gòu)的高靈敏度和寬線性范圍石墨烯壓力傳感器》(Epidermis Microstructure Inspired Graphene Pressure Sensor with Random Distributed Spinosum for High Sensitivity and Large Linearity)的研究成果，由人體皮膚感知微結(jié)構(gòu)出發(fā)提出相似的仿生結(jié)構(gòu)，通過微結(jié)構(gòu)和分布模式的結(jié)合解決了靈敏度和線性范圍之間的矛盾，為力學器件性能的綜合提升提供了一種全新的思路。
近年來，柔性力學微納傳感器特別是在人體生理信息監(jiān)測和檢測方面成為學術(shù)界的研究熱點，同時也有大量相關(guān)產(chǎn)業(yè)公司相繼成立。相比于傳統(tǒng)的硅基器件，由于具有舒適性、貼合性和可穿戴性等方面的特點而廣泛應用于人體物理和化學活動的監(jiān)測，但作為力學器件的兩個重要指標靈敏度和線性度之間的矛盾一直未能得到很好的解決。通常制備出的器件都需要以犧牲一個指標而為提升另一個指標服務，這往往限制了其實際應用的范圍，解決這一矛盾成研究難點。
基于人體皮膚，特別是指尖對于不同大小應力的高靈敏響應特點，根據(jù)對其微結(jié)構(gòu)的研究提出了相似結(jié)構(gòu)的制備。通過砂紙作為模板倒模成型柔性的基底，利用氧化石墨烯在高溫下還原后作為力學敏感層，制備出具有針刺形貌和隨機分布的壓力傳感器。該傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性、快速響應和低探測極限，實現(xiàn)了在更寬線性測量范圍的高靈敏度。其中針刺結(jié)構(gòu)之間接觸面積突變主要貢獻出高的靈敏度，隨機分布主要貢獻寬的線性范圍，通過兩者結(jié)合在很大程度上解決了這一對矛盾。
正是由于該傳感器高的靈敏度和寬線性范圍，課題組成功了應用于對人體各種生理活動的監(jiān)測，例如脈搏、呼吸和聲音識別，還實現(xiàn)對走、跑、跳等走路姿態(tài)的監(jiān)控，以及對走路步態(tài)的監(jiān)測。利用可穿戴的高性能力學傳感器對人體各種生理活動參數(shù)的獲取將會在個人健康和醫(yī)療方面具有重要的實際意義，具有重大的應用前景。
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨烯常見的粉體生產(chǎn)的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產(chǎn)方法為化學氣相沉積法（CVD）。
隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用步伐正在加快，基于已有的研究成果，較先實現(xiàn)商業(yè)化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。
石墨烯對物理學基礎研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進行論證的量子效應可以通過實驗經(jīng)行驗證。在二維的石墨烯中，電子的質(zhì)量仿佛是不存在的，這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見的可用于研究相對論量子力學的凝聚態(tài)物質(zhì)——因為無質(zhì)量的粒子必須以光速運動，從而必須用相對論量子力學來描述，這為理論物理學家們提供了一個嶄新的研究方向：一些原來需要在巨型粒子加速器中進行的試驗，可以在小型實驗室內(nèi)用石墨烯進行。
零能隙的半導體主要是單層石墨烯，這種電子結(jié)構(gòu)會嚴重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應活性增強的功能是由石墨烯的氫化反應和氧化反應結(jié)果顯示出來的，說明石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以調(diào)變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以通過氣體分子吸附的誘導而發(fā)生相應的變化，其不但對載流子的濃度進行改變，同時可以摻雜不同的石墨烯。
449717568
10