石墨烯传感器作为石墨烯应用领域的重要分支，以其高灵敏度、快速响应和稳定性等优势，在环境监测、生物传感、医疗诊断等领域得到广泛应用，并有望实现爆发性增长。作为重点布局“新能源与器件”领域的关键增长潜力，墨睿科技一直致力于石墨烯传感器的研发与应用。

日前，墨睿科技创始人蔡金明博士带领研发团队成功地将氧化石墨烯(GO)与丝素蛋白(SF)结合，创新性地制备出一种兼具柔性压力传感和高效油水分离的双功能石墨烯气凝胶(GSA)。该研究成果以“Anisotropic Free-Standing Aerogels Based on Graphene/Silk for Pressure Sensing and Efficient Adsorption”为题发表在国际高水平期刊ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 25, 30630–30642上。

图1 GSA的制备过程及物理特性演示。(a)GSA的制备过程说明；(b)SF和GO的ζ电势测试结果；(c)GSA超轻特性；(d)GSA导电特性。

在本研究中，GSA被进一步加工成三明治结构，并深入研究了其作为柔性可穿戴压力传感器的可能性。从研究结果看，由于GSA高度有序的各向异性结构，其可以通过压阻效应快速、准确地将刺激信号转化为电信号。GSA传感器在0.5–30 kPa内的灵敏度分别为0.54 kPa^-1（＜4 kPa）和0.21 kPa^-1（＞4 kPa），且灵敏度线性均超过0.99；而且，该传感器还具有良好的耐久性，在超过12000次循环后，实时电流值仍然保持在初始电流值的94%左右。GSA传感器还被佩戴在人体上以用于健康监测、语音识别和运动捕捉，相关测试结果表明，它可以检测和识别脉搏在内的一系列从小到大的压力信号。

图2 GSA 柔性传感器在不同应用场景的信号监测。(a)手指敲击；(b)手指弯曲；(c)手腕弯曲；(d)行走和奔跑；(e)手腕脉搏；(f)不同速度推动滑块；(g)喉咙吞咽；(h)不同字母的发音；(i)不同单词的发音。

GSA柔性传感器具备在不同应用场景进行信号监测的能力，从而能够获取各类生物力学的数据。如图2(a)、(b)、(c)所示，通过将GSA柔性传感器连接在手指、手腕等位置，并执行手指轻拍敲击、食指逐渐弯曲、运动时手腕弯曲等动作，可以产生不同强度的脉冲信号，这些信号可用于监测人体手部运动的细节。 GSA柔性传感器还能够精确捕捉运动节奏的快慢，如图2(d)行走或奔跑的运动频率能有效检测并区分，图2(g)手腕脉搏可以精确区分桡动脉脉搏的P波、T波与D波。这些数据进一步证实了GSA柔性传感器在健康监测和医疗诊断领域的巨大应用潜力。

除此之外，GSA柔性传感器还能够敏锐地识别和分析微弱的喉部肌肉震动，如图2(g)、(h)、(i)所示，未来可以利用其作为语音检测、识别等功能的应用基础。

目前，随着石墨烯批量制备成本的降低和功能化定制工艺的成熟，石墨烯传感器的制备进程得到了有效推进。这一发展将为传感器领域带来更为广泛的应用前景，同时也为传感器的发展指明了新的方向。在未来的发展中，石墨烯传感器将会展现出更为快速的发展趋势，为各类应用场景提供更为精准、高效的传感解决方案。墨睿科技将在此研究成果的基础上加大研发投入，为客户提供高性能、高品质的石墨烯产品和解决方案，以满足如人机互动、医疗反馈传感等明确的市场需求。

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