用激光制成的石墨烯用于可穿戴健康设备

根据宾夕法尼亚州立大学领导的国际研究团队，石墨烯可以促进柔性电子技术的发展。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学(ESM)系Dorothy Quiggle职业发展教授Huanyu“Larry”Cheng领导了这项合作，该合作最近发表了两项研究，可以为未来运动检测、触觉传感和健康监测设备的研发提供信息。

研究激光加工如何影响石墨烯的形态和功能

几种物质可以转化为碳，通过激光辐射生成石墨烯。这种被称为激光诱导石墨烯(LIG)的产品可以具有由原始材料决定的特定性能。聚酰亚胺(一种塑料)样品通过激光扫描照射。研究人员改变了扫描线的功率、扫描速度、通过次数和密度。

Cheng说:“我们想看看激光加工过程的不同参数如何产生不同的纳米结构。”“改变功率使我们能够在纤维或泡沫结构中创建LIG。”

研究人员发现，较低的功率水平，从7.2 W到大约9 W，会形成具有许多超细层的多孔泡沫。这种LIG泡沫表现出导电性和良好的耐热性，这两种特性在电子设备的组件中都很有用。

将功率从大约9瓦增加到12.6瓦，LIG的形成模式从泡沫变成了小纤维束。随着激光功率的增加，这些束的直径变得更大，而更高的功率则促进了光纤网络的网状生长。纤维结构的导电性优于泡沫结构。根据Cheng的说法，这种性能的提高与纤维的形式相结合，为传感设备提供了可能性。

“总的来说，这是一个导电框架，我们可以用来构建其他组件，”Cheng说。“只要纤维是导电的，我们就可以将其用作支架，并在表面上进行大量后续修改，以实现许多传感器，例如皮肤上的葡萄糖传感器或伤口感染检测器。”

改变激光扫描速度、密度和在不同功率下形成的LIG的通径也会影响电导率和后续性能。更多的激光照射导致更高的导电性，但最终由于燃烧产生的过度碳化而下降。

演示低成本LIG传感器

以之前的研究为基础，Cheng和团队开始设计、制造和测试一种柔性LIG压力传感器。

Cheng说:“压力传感器非常重要。“我们不仅可以在家庭和制造业中使用它们，还可以在皮肤表面测量来自人体的许多信号，比如脉搏。它们还可以用于人机界面，以增强假肢的性能或监测其附着点。”

该团队测试了两种设计。首先，他们在两个含有铜电极的聚酰亚胺层之间夹了一层薄薄的LIG泡沫层。当施加压力时，LIG就会产生电能。泡沫中的空隙减少了电流传播的路径数量，使其更容易定位压力源，并似乎提高了对微妙触摸的灵敏度。

第一个设计，当连接到手背或手指上时，可以检测到手部的弯曲和拉伸运动，以及典型的搏动、心跳的潮汐波和舒张波。根据Cheng的说法，这种脉搏读数可以与心电图读数结合起来，从而在没有袖带的情况下测量血压。

在第二种设计中，研究人员将纳米颗粒加入LIG泡沫中。二硫化钼是一种半导体，可以作为导体和绝缘体，这些微小的二硫化钼球增强了泡沫的敏感性和对物理力的抵抗力。这种设计对重复使用也具有弹性，在使用近10,000次之前和之后显示出几乎相同的性能。

Cheng表示，这两种设计都具有成本效益，并且允许简单的数据采集。研究人员计划继续将这些设计作为独立的健康监测设备或与其他现有设备结合使用。

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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