紙基壓力/應(yīng)變傳感器具有在一次性產(chǎn)品中具有可穿戴功能的潛在廣泛應(yīng)用。 在這項研究中，具有多孔微結(jié)構(gòu)和堆疊微結(jié)構(gòu)的碳化鉬-石墨烯（MCG）復(fù)合材料被制造在紙基材的頂部，以用作壓阻應(yīng)變/壓力傳感器。 作為應(yīng)變傳感器，這種基于紙張的設(shè)備不僅可以檢測施加應(yīng)變的幅度和頻率，還可以檢測拉伸或壓縮變形的方向。 拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變的規(guī)格因子分別為73和43，其中包括檢測和識別人體運動的示例。 作為壓力傳感器，這種基于MCG的紙張設(shè)備通過區(qū)分七個鋼琴音符，對弱的壓力信號（例如聲音）具有很高的靈敏度。 我們的研究為開發(fā)具有獨特特性的紙質(zhì)電子產(chǎn)品向?qū)嶋H應(yīng)用提供了一種簡單的策略。
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Figure 1 通過直接激光寫入工藝將碳化鉬-石墨烯（MCG）復(fù)合材料置于紙質(zhì)基材上。(a) 在紙質(zhì)基材上的MCG復(fù)合材料的制造過程示意圖，其中明膠-Mo5 +墨水在頂表面被紙吸收，并通過激光印刷工藝轉(zhuǎn)化為碳化鉬-石墨烯復(fù)合材料。
Figure 2. MCG/紙張傳感器的應(yīng)變傳感工作機(jī)制：（a）MCG復(fù)合材料在拉伸和壓縮應(yīng)變下多孔結(jié)構(gòu)的示意圖；（b）和（c）中沒有施加應(yīng)變、（d）和（e）中的拉伸應(yīng)變下、（f）和（g）中的壓縮應(yīng)變下，MCG復(fù)合材料的SEM圖
Figure 3. 拉伸/壓縮應(yīng)變傳感結(jié)果的性能：（a）原型傳感器分別在拉伸和壓縮應(yīng)變下的響應(yīng)時間和恢復(fù)時間；（b）在0.24％拉伸應(yīng)變下，MCG復(fù)合材料進(jìn)行1000次循環(huán)的穩(wěn)定性測試；插圖：放大波形；（c）MCG復(fù)合材料于0.15％壓縮應(yīng)變下進(jìn)行1000次循環(huán)的穩(wěn)定性測試；插圖放大波形；（d）拉伸應(yīng)變和（e）壓縮應(yīng)變的應(yīng)變系數(shù)測量
Figure 4. 演示為可穿戴應(yīng)變傳感器，基于MCG的紙傳感器在檢測到以下情況時的電阻變化：（a）將傳感器安裝到眼睛的側(cè)面皮膚（插圖）來使眨眼動作大部分處于拉伸應(yīng)變狀態(tài)；（b）將傳感器連接到肘部（插圖），使肘部的肌肉屈曲運動大部分處于壓縮應(yīng)變；（c）通過將傳感器連接到喉嚨（插圖），在喉嚨上喝酒以產(chǎn)生拉伸和壓縮應(yīng)變（主要是拉伸）；（d）原型傳感器的機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果，通過說出“左”、“右”和“旋轉(zhuǎn)”并帶有100個訓(xùn)練數(shù)據(jù)，檢測出沒有真實聲音的喉嚨運動
相關(guān)研究成果于2019年由加州大學(xué)伯克利分校Junwen Zhong課題組，發(fā)表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.10.083）上。原文：Molybdenum-carbide-graphene composites for paper-based strain and acoustic pressure sensors。
