在醫(yī)療保健、人機(jī)界面、機(jī)器人等領(lǐng)域，溫度傳感器是不可或缺的。然而，對(duì)于性能良好的柔性溫度傳感器，仍然需要簡(jiǎn)單、快速的制造方法。本工作以激光還原氧化石墨烯(GO)為基礎(chǔ)，以簡(jiǎn)單的方式制作了一種快速響應(yīng)的柔性溫度傳感器，用于非接觸式人機(jī)界面。系統(tǒng)研究了氧化石墨烯濃度和激光掃描線間距對(duì)溫度傳感器靈敏度的綜合影響。揭示了兩個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)、材料性能和傳感器靈敏度之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，當(dāng)氧化石墨烯濃度為4 mg/mL，掃描線間距為0.12 mm時(shí)，溫度傳感器的靈敏度最高，為0.37%℃
-1。利用優(yōu)化后的工藝參數(shù)制作的溫度傳感器具有響應(yīng)時(shí)間快、線性度好、滯后小、重復(fù)性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，并成功地用于監(jiān)測(cè)人體呼吸、吹氣和曲面溫度的時(shí)空變化。傳感器還可以檢測(cè)手指的距離。此外，還制作了用于密碼鎖非接觸式解鎖的3×3柔性溫度傳感器陣列。制備的陣列顯示了本研究開發(fā)的傳感器在非接觸式人機(jī)界面中的巨大潛力。
Fig. 1. (a)柔性溫度傳感器的制作。(b)溫度傳感器原理圖。(c)制作的柔性溫度傳感器正常狀態(tài)下的光學(xué)圖像。(d)彎曲柔性溫度傳感器的光學(xué)圖像。
Fig. 2. (a) 拉曼光譜I
2D/I
G的強(qiáng)度比。(b) 拉曼光譜I
D/I
G的強(qiáng)度比。(c) 4 mg/mL LrGO薄膜的SEM圖像。(d) EDS分析C/O比值。(e) GO和LrGO的x射線衍射峰(d間距)的2θ角。
Fig. 3. 不同濃度氧化石墨烯的溫度傳感器在掃描線間距為(a) 0.04 mm， (b) 0.06 mm， (c) 0.08 mm， (d) 0.10 mm， (e) 0.12 mm時(shí)的響應(yīng)。(f)傳感器靈敏度、氧化石墨烯濃度和掃描線間距的關(guān)系。
Fig. 4. (a)在5種不同溫度(30℃至100℃)下連續(xù)測(cè)量傳感器5分鐘。(b)溫度傳感器在加熱和冷卻過(guò)程中的歸一化電阻變化。(c)傳感器對(duì)一滴冰水熱沖擊的響應(yīng)。
Fig. 5. (a)傳感器彎曲角度為10°、20°、30°、40°時(shí)的歸一化初始電阻。(b)傳感器在彎曲角度為0°、10°、20°、30°、40°時(shí)的歸一化溫度響應(yīng)。(c)彎曲500、1000次后歸一化電阻變化情況。(d) 65% ~ 95% RH的濕度穩(wěn)定性試驗(yàn)。
Fig. 6. 傳感器應(yīng)用測(cè)試(a)呼吸頻率監(jiān)測(cè)。(b)人吹檢測(cè)。(c) 2×2熱水陣列監(jiān)測(cè)。(d) 2×2陣列四個(gè)不同階段的紅外圖像。(e)近距離探測(cè)實(shí)驗(yàn)。
Fig. 7. (a) 3×3柔性溫度傳感器陣列圖像。(b)九通道柔性溫度傳感器測(cè)試結(jié)果。(c)非接觸式傳感器人機(jī)交互應(yīng)用。
相關(guān)研究工作由廈門大學(xué)Wei Zhou課題組于2021年發(fā)表在《Carbon》上，原文： Facile fabrication of a fast-response flexible temperature sensor via laser reduced graphene oxide for contactless human-machine interface。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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