基于紡織品的傳感器已經(jīng)成為一種很有前途的技術(shù)，可以實現(xiàn)低負(fù)擔(dān)、個性化和活體生物識別。然而，目前的紡織品傳感器通常缺乏多模式或多位置傳感能力，難以大規(guī)模制造，并且無法無縫集成到紡織品讀出系統(tǒng)中。我們報道了用于多參數(shù)生物識別監(jiān)測的紡織品集成激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）傳感器。LIG傳感器設(shè)計有針對不同刺激的定制模式─此處演示的應(yīng)變、濕度和溫度─并且通過控制圖案幾何形狀和LIG轉(zhuǎn)換期間使用的激光功率來表現(xiàn)出可調(diào)諧的靈敏度。這些傳感器對電阻變化高度敏感，對刺激反應(yīng)迅速（<5s），并在至少1000個周期內(nèi)表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。最后，這種傳感器與磁性超材料一起合成，并與紡織品上的柔性近場通信系統(tǒng)無縫耦合。這使得完全集成的“智能”服裝能夠無電池、無線監(jiān)測跨體指標(biāo)。這樣的協(xié)議代表了一種直接、可訪問的策略，用于將多個傳感器和網(wǎng)絡(luò)元件直接結(jié)合到用于高級人體測量的按需紡織品中。
圖1.激光誘導(dǎo)石墨烯圖案織物傳感器。（a） 在暴露于CO
2激光器下的PI到LIG光熱轉(zhuǎn)換的描述。（b） 基于LIG的多功能織物傳感器與織物集成超材料共同集成，用于跨體聯(lián)網(wǎng)的示意圖。（c） 激光曝光前PI膜和成功PI轉(zhuǎn)換后LIG的拉曼光譜。（d） 在不同的激光功率下，從PI膜轉(zhuǎn)換的LIG樣品的電阻。（e） 三種不同激光功率值（比例尺=100μm）下LIG樣品的表面形態(tài)。
圖2.LIG應(yīng)變傳感器的特性。(A)阻力隨時間的變化，表現(xiàn)出穩(wěn)定性和敏感性。(B)電阻隨時間的變化，描述頻率靈敏度。(C)電阻與應(yīng)變圖的變化，描繪了傳感器靈敏度(標(biāo)尺=1厘米)。(D)測量LIG應(yīng)變傳感器在1000個循環(huán)內(nèi)的重復(fù)性。
圖3.LIG應(yīng)變傳感器在運(yùn)動跟蹤中的應(yīng)用。（a–c）屈曲（a）、伸展（b）和尺骨偏斜（c）的手腕運(yùn)動波形。（d–i）屈曲（d）、伸展（e）、伸展和仰臥（f）、隨著屈曲率增加而屈曲（g）、伸展與手腕仰臥（h）的肘部運(yùn)動波形，以及包含部分重復(fù)的二頭肌卷曲類似物（i）。
圖4.LIG濕度和溫度傳感器的特性。（a） 水蒸氣滲透到多孔LIG中會引起電阻變化。（b） 電阻隨相對濕度的變化。（c） LIG濕度傳感器在暴露于大刺激和（d）小刺激時的動態(tài)響應(yīng)。（e） 由溫度變化引起的LIG結(jié)構(gòu)內(nèi)原子的運(yùn)動性。（f） 校準(zhǔn)圖和（g）基于LIG的溫度傳感器在生理溫度范圍內(nèi)的動態(tài)響應(yīng)。（h） LIG溫度傳感器在與人體接觸和從人體移除時的動態(tài)響應(yīng)。（所有比例尺=5 mm）。
圖5.通過基于LIG的“智能”無電池服裝進(jìn)行多節(jié)點姿勢監(jiān)測。（a） 諧振器和紡織LIG傳感器的制造和集成示意圖。（b） 在肩膀、肘部和手腕上安裝LIG應(yīng)變傳感器，連接到NFC集線器，并通過紡織品集成波導(dǎo)進(jìn)行無線通信。（c） 人類受試者的運(yùn)動產(chǎn)生（d）傳感器數(shù)據(jù)，顯示手腕、肘部和肩部的順序彎曲，然后同時彎曲所有三個關(guān)節(jié)。
相關(guān)研究成果由加利福尼亞大學(xué)Peter Tseng等人2022年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials (鏈接: https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03582)上。
原文：Laser-Induced Graphene-Based Smart Textiles for Wireless Cross-Body Metrics
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
