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作者：Lynn
近十年来，柔性应变传感器在电子皮肤、健康检测、软机器人、压力传感等范畴发挥了及其重要的效果。超灵敏度、高分辨率和长周期惯例运用的寿数是应变传感器的根本特性。为了完成柔性乃至可拉伸，在新式结构和可拉伸电气资料的规划上付出了巨大的尽力，取得了令人满意的效果。其间，以导电填料为填料的聚合物复合资料因为结构相对比较简略、制作工艺简略而具有较高的吸引力。如常见的有机-无机复合资料，是经过将无机导电填料(金属纳米线、单晶硅、碳纳米管等)经过嵌入或空间散布在聚合物基体(PDMS、ecoflex等)中。其应变通常是经过监测聚合物复合资料的电阻改变来丈量的，其间一维纳米结构资料是首选，因为它答应电子更容易地穿过聚合物复合资料。这样尽管获得了高的耐久性和快速的呼应，但其动态分辨率依然不满意。
相比之下，石墨烯因为其二维性质，具有明显的导电性和电子迁移率。此外，使用石墨烯杰出的热电功用能轻松完成自供电应变传感器，无需外加电池，可以节约传感器的本钱。迄今为止，由热电效应驱动的可弹性自供电应变传感器的研讨十分少。经过将极薄的石墨烯薄膜经过真空过滤沉积到滤膜上，然后将ecoflex前驱体交联到石墨烯薄膜上，制备出一种柔性、可拉伸的石墨烯-ecoflex热电薄膜，完成自供电应变检测。中科院北京纳米动力与纳米体系研讨所报导了一种根据石墨烯-ecoflex纳米复合膜的自供电超敏应变传感器体系，该体系结合了石墨烯杰出的热电功用和ecoflex弹性体的高拉伸功用。该设备在0 ~ 100%的重复应变下，坚持了杰出的稳定性，可重复输出信号超越1000个周期，应变分辨率为0.125%，呼应时刻小于0.6 s。作为一种附着在人体皮肤上的可穿戴设备，它可以准确的经过人体皮肤与周围环境之间的温度梯度，准确勘探人体的纤细动作。此外，经过多通道三维应变传感器体系，能轻松完成多方向，多维度的应变检测功用。
图1 (a,b)石墨烯片的TEM图画; (c)石墨烯片、(d)ecoflex弹性体和(e)石墨烯-e
图2 (a)根据石墨烯-ecoflex纳米复合膜的可拉伸热电器件结构示意图。(b)记载沿热电薄膜的温度散布。(c)热端(T1)和冷端 (T2)的周期性温度改变。(d)正反面衔接的热电薄膜的输出电压和电流。(e)输出电流及瞬时功率与外部负载电阻的联系(ΔT = 14.5 K)。
图3 (a,b)不同温度下丈量的热电薄膜输出电压和电流; (c,d)在ΔT = 21.6 k的情况下，丈量了超越400个循环的热电薄膜输出电流; (e)温差电薄膜在不同应变下的电压改变。(f)不同应变下热电薄膜的电流改变
图4 (a)重复丈量传感器电压随应变改变的25%、50%、75%、100%的次序。(b)将(a)部分扩大至148至225秒，显现传感器的呼应和康复进程。(c)传感器在动态应变下的有用呼应时刻。(d)重复应变下传感器的稳定性，从0%到100%。(e,f)未拉伸传感器(e)和拉伸25%的传感器(f)的动态呼应，别离检测0.125%、0.25%、0.5%和1.0%的细小应变。
图5 (a1-a3)多通道三维应变传感器在原始(a1)、凸起(a2)和拉伸(a3)条件下的相片。(b-e)三维应变传感器在添加变形下的相片及相应的当时映射图。x和y的下标表明两组石墨烯电极(称为x通道和y通道)，别离垂直于热电薄膜的上下外表。
参考文献Ding Zhanga, Kewei Zhanga, Yuanming Wanga,Yuanhao Wang, Ya Yanga. Thermoelectric Effect Induced Electricity inStretchable Graphene-polymer Nanocomposites for Ultrasensitive Self-poweredStrain Sensor System. Nano Energy. 2018.
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